原标题：生命科学与医学领域概述：知微见著-超高分辨率显微镜STORM

超高分辨率

显微镜STORM

正文

前言：

我们知道，在生命科学领域中最常用的光学显微镜，是用可见光来观察生物样品。而光是一种横波，当它经过一个圆孔，且这个圆孔的大小与光的波长差别不大时，光在此时不会沿直线传播，而是在各个方向上“溜走”。这就是衍射，由此而形成的圆孔衍射图样叫“爱里斑”(图1)。正因如此，任何一种显微镜系统都无法把光线在像平面汇聚成无限小的点，而是形成有限大小的爱里斑。如果两个点很接近，像平面上的两个爱里斑就几乎重合在一起，那物平面上的两个点就不可分辨了。

图1 “爱里斑”概念图

科研工作者为了看到更精细的生命体精细结构，就要想办法突破这一成像障碍。为此，“八仙过海，各显神通”，多种超分辨率显微镜被开发了出来。在这里我们集中讨论其中一项技术：STORM技术，并介绍其在生命科学领域中的运用。

STORM技术简介：

正如前面提到的那样，两个挨得很近的光点会让我们分辨不出谁是谁，那么如果我们分开来看呢？也就是说，当我们照射并观察第一个点时，第二个点并不会发光，自然不会产生爱里斑影响我们观察第一个点，前者爱里斑的中心点位置就是荧光分子的准确位置。接下来，我们通过某种方法，让第二个点被照亮。这个时候第一个点又不在光斑的照明范围之内了，同样不会干扰我们对第二个点的观察。如果样品中还有更多的点，我们只需要将它们一个一个看清楚。通过这种“以时间换空间”的设计，巧妙地绕开了阿贝极限的束缚，将光学显微镜的分辨率大大提高。

图2 STORM成像原理示意图(逐点成像，然后拼成一个完整的图像)

STORM技术就运用了这种思想，它使用的是有机荧光分子对染料。庄小威团队通过利用不同波长的激光，可以控制染料分子处于激活态或暗态。每次成像时，染料分子浓度足够低，用特定波长的激光使少数分离的染料分子处于激发态时，可以通过单分子成像，对每个染料分子进行精确定位。经过反复重复该过程，对样品中不同位置的染料分子进行成像后，就可将所有经过精确定位的点重新构成图像。理论上STORM可得到分辨率达到几个纳米的荧光图像。[1]

STORM技术运用：

接下来我们讲讲STORM技术在生命科学领域的运用：

在纳米尺度分辨率的活细胞中，膜成像揭示细胞器的超微结构对于理解细胞功能至关重要，这就需要光切换膜探针配合超高分辨率成像来获得细胞膜的荧光图像。Sang-Hee Shim组找到八种常用膜的光控开关功能探针，每个针对特定的质膜，线粒体，内质网(ER)或溶酶体。这些小分子探针容易以高探针密度标记活细胞，同时可以在STORM下被激发发光。使用这些探针，可实现特定膜结构的动态成像，在时间上具有30-60纳米空间分辨率的活细胞中分辨率下降到1-2秒，可以得到再活细胞中几十个瞬间捕捉到的图像。而且，通过使用频谱上不同特性探针，获得了神经元双色超分辨率图像线粒体和内质网，以及神经活动中异质膜扩散的过程。[2]

神经元信号的准确传导需要组织信号分子组成大分子复合体，其组成部分是紧密相邻的。用普通显微镜观察单独的复合体分子极其困难。但是，Jie Zhang组使用STORM可以观察到了中包含分子离子通道(M型K +，L型Ca 2+或TRPV1通道)和偶联的G蛋白偶联受体的复合体里分子单体的亲密配对。有些通道组装成多种类通道的超复合物。并确定了在含有不同通道类型的大分子复合物中，依赖于AKAP79 / 150新的相互作用层。电生理研究同样显示这样的离子通道在功能上是偶联的。说明了AKAP79 /150作为不同通道的分子偶合器，可以在微结构域中传达内部分子交流，以此调节单个神经元的生理机能。[3]

STORM因为其优异的单分子成像能力，越来越多的被用在细胞精细结构的探索。相信在未来这项技术能得到进一步发展，变成功能更为强大的利器。

[1] Rust, MichaelJ., Mark Bates, and Xiaowei Zhuang. "Sub-diffraction-limit imaging bystochastic optical reconstruction microscopy (STORM)." Nature methods 3.10 (2006): 793-796.

[2] Shim, Sang-Hee,et al. "Super-resolution fluorescence imaging of organelles in live cellswith photoswitchable membrane probes."Proceedings of the National Academy of Sciences109.35 (2012):13978-13983.

[3] Zhang, Jie, etal. "Clustering and Functional Coupling of Diverse Ion Channels andSignaling Proteins Revealed by Super-resolution STORM Microscopy inNeurons."Neuron92.2 (2016): 461-478.

ASNChina

END

特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)由作者提供，ASN仅提供信息发布渠道，如有侵权，请联系后台删除。返回搜狐，查看更多

责任编辑：