成像单细胞以Usain Bolt的速度行进

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88bf必发官方网站 ,近年来,通过基于微流体的流式细胞术的开发,已经大大改善了单细胞可以被分析和操作的精确度和准确度。

光学显微镜和镊子可以在微观尺度上成像和操纵物体,用于细胞和分子生物学中的应用。然而,光学分辨率受到衍射极限的阻碍,因此显微镜和镊子都不能直接成像和操纵纳米物体。等离子体/光子纳米镜和纳米镊子中的新兴技术旨在实现纳米级分辨率,尽管高折射率材料结构很容易对纳米级生物样本造成机械和光热损害。、

引述外媒报道,中国科学院发布消息,中国研究团队开发了一种先进的成像技术,以前所未有的速度实现了超分辨率显微镜,并且图像数量更少。新方法应该可以捕获活细胞中以前无法达到的速度。

尽管其灵敏度,但微流体流式细胞术受到低通量和差的空间分辨率的限制。最近的研究试图彻底改变微流体流式细胞术成像技术以解决这些局限性。这导致了新平台的开发,将传统流式细胞仪提供的高通量与光学显微镜的空间分辨率相结合。

在最近发表在《光学:科学与应用》期刊上的一篇研究论文中,中国纳米光子学研究所Yuchao Li及其同事开发了一种光学显微镜系统,该系统使用活细胞作为微小透镜来成像和操纵小于光波长的物体。

超分辨率技术通过克服光的衍射极限来实现纳米级分辨率。尽管纳米显微镜可以捕获细胞内单个分子的图像,但很难与活细胞一起使用,因为重建图像需要成百上千的图像-这个过程太慢,无法捕获快速变化的动力学。

现在,化学和生物工程研究所的科学家们的综述总结了最近对超高通量单细胞分析和多参数成像工具开发的研究。作者总结了几种微流体细胞聚焦方法,并详细介绍了最先进的检测方法;即基于摄像机和光电探测器的成像技术。该评论由Stavrakis及其同事在生物技术的当前观点杂志的分析生物技术特刊上发表。

通过将细胞捕获在纤维尖端上,他们展示了亚衍射极限成像和非侵入性设备对纳米物体的操纵。捕获的细胞形成生物放大器,可以在白光显微镜下放大分辨率为100nm的纳米结构。

在由光学学会出版的《高影响力研究》杂志Optica页中,中科院上海光学精密机械研究所的研究人员描述了他们如何使用称为“鬼影”的非常规成像方法提高纳米显微镜的成像速度。他们的新技术使用比传统纳米技术少几个数量级的图像来产生纳米分辨率。

可以击败模糊的相机

利用生物放大器,中国科学家们精确地操纵了具有50nm半径的单个纳米颗粒。

研究小组共同负责人王忠阳说:“我们的成像方法可以潜在地探测亚细胞结构中毫秒级尺度上发生的动力学,其空间分辨率为数十纳米-发生生物过程的时空分辨率。”

单个细胞或生物分子的同时处理取决于将细胞聚焦成单细胞流的能力。这允许细胞被分离并单独成像。用于操纵鞘流的几种技术,通过其注入样品的流体壁,改善了内部样品流的定位。该样品流容纳被研究的细胞并允许它们被最佳地放置用于成像。

该技术为光学成像提供了高精度工具生物纳米材料的传感和组装,没有机械或光热损伤。

结合技术以实现更快的成像

鞘液内细胞的高速运动是有问题的,因为它产生光学模糊,即围绕物体图像的模糊。消除光学模糊的尝试先前已经实现了成像流技术。这些技术试图耦合显微镜,其提供具有流式细胞术的良好图像分辨率,其具有差的空间分辨率。

操作小物体的光学成像对于医学诊断,生物传感,细胞探索,分子训练和材料组装至关重要。

新方法基于随机光学重建显微镜,这是2014年获得诺贝尔化学奖的三位研究人员之一。STORM,有时也称为光激活定位显微镜,是一种使用荧光的广域技术在发光状态和暗状态之间切换的标签。

然而,流动成像受到低中等吞吐量和大鞘液体积要求的影响。目前的研究主要集中在将流式细胞术方法与微流体耦合,提供高通量和低体积的优点。

镊子和显微镜是用于非接触成像和操纵微小样品的标准装置,微小样品的范围从几纳米到几微米。然而,使用该技术在纳米级成像是具有挑战性的,因为光学分辨率被限制在大约一半的照射波长。

采集成百上千个图像,每个图像捕获在给定时间开启的荧光标记的子集,可以确定每个分子的位置并用于重建荧光图像。

Schonbrun等。例如,结合使用具有衍射透镜的微制造平台来产生放大率和亚微米分辨率。微流体流动成像的最新发展成功地实现了更高的吞吐量,称为超高通量。

在过去的几十年里,科学家们已经取得了近场纳米镜和纳米镊子的巨大进步,以实现纳米分辨率的光学成像。这些成像技术被高折射率无机材料(例如贵金属和用于制造它们的半导体)所障碍,这些材料可在近场成像和操纵过程中机械地损坏生物细胞或组织的样品。

研究人员转向重影成像,以加快STORM成像过程。鬼影成像通过将与对象交互的光图样与不与之交互的参考图样相关联来形成图片。

Rane等人。展示了一种在高速下实现无模糊图像的方法,分析吞吐量为85 000个细胞/秒。此外,他们还能够进行多参数测量(多色荧光,明场和暗场图像),从而可以更精确地表征细胞。

因此,科学家研究了基于电介质微球的更简单的光学成像方案,以克服传统显微镜常见的衍射极限。虽然该技术可行,但这种微球基于人造无机材料,例如二氧化硅,二氧化钛和钛酸钡。因此,研究人员非常希望开发一种天然生物材料,以构建生物相容性装置,用于纳米级空间分辨率的生物成像,操作和生物放大。

单独地,灯光图案不会携带有关物体的任何有意义的信息。研究人员还使用了压缩成像技术,这是一种计算方法,可以使用更少的曝光量重建图像,因为它使用一种算法来填充丢失的信息。

光电探测器 - 图像采集的优越手段?

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“尽管STORM需要低密度的荧光标记和许多图像帧,但是我们的方法可以使用很少的帧和高密度的荧光团来创建高分辨率图像,”研究团队的其他共同负责人之一韩申生说。“它也不需要任何复杂的照明,这有助于减少可能损害动态生物过程和活细胞的光致漂白和光毒性。”