多色單分子定位顯微技術研究進展（特邀）

趙悅晗，郝翔

（浙江大學 光電科學與工程學院現代光學儀器國家重點實驗室，杭州310027）

0 引言

光學顯微鏡因具有非接觸、高特異性等技術優勢，已被廣泛應用于生物、醫學、化學等領域。然而，由于衍射的存在，標準光學顯微鏡技術的空間分辨率被限制在大約一半的光波長，橫向尺寸約為200～300 nm，軸向尺寸約為500～700 nm。這限制了光學顯微鏡技術解析單個分子或分子復合物的亞細胞組織的能力，例如，由數百種單獨的蛋白質組成的核孔復合物的結構，直徑僅為約120 nm，無法由常規的光學顯微鏡觀察。為了克服衍射極限帶來的光學顯微鏡的分辨率屏障，在過去15年中誕生了一系列以受激發射損耗顯微成像術（Stimulated Emission Depletion，STED）［1-2］、結構光照明顯微術（Structured Illumination Microscopy，SIM）［3-4］和單分子定位成像技術（Single-Molecule Localization Microscopy，SMLM）［5-7］為基礎的超分辨熒光顯微成像技術。熒光顯微鏡的分辨率也從幾百納米提高至幾納米［8-9］，其中，單分子定位顯微鏡也因為其天然的分子級別的定位方式，較高的分辨率，可較為便捷地對細胞結構進行定量分析，成為科研人員研究細胞在分子水平功能的重要工具。自1995年被BETZIG E 等提出后［10］，就一直迅速地發展，2017年，BALZAROTTI F 等將SMLM 與STED 結合，提出了MINFLUX 概念［11］，實現了約1 nm 的定位精度和6 nm 的成像空間分辨率。

在SMLM 技術的一系列應用中，標記不同的蛋白質以探測其空間關系和相互作用的多色SMLM 成像可以大大增加從樣品中提取的信息含量，幫助我們更好地研究和理解不同細胞結構間的相互作用。2013年，XU Ke 等［12］使用多色SMLM 首次揭示了神經細胞軸突部分的周期性結構，這一發現證實了多色單分子定位顯微鏡在研究亞細胞尺度生命結構與相互作用方面的競爭力?！?br>