自对准智能显微镜实现前所未有的分辨率

研究人员开发了一种“智能单分子显微镜”，可以实现前所未有的分辨率能力，并准确检测完整细胞内单个分子之间的相互作用。

来自澳大利亚新南威尔士大学 (UNSW) 的团队完成了一项获得 2014 年诺贝尔化学奖的研究：开发了一种超分辨率荧光显微镜技术，可以观察活细胞内的分子，使显微镜学家能够探索复杂的生物系统和过程。

然而，这种显微镜技术无法观察分子之间的相互作用，因为它的分辨率能力不足，相互作用发生的规模至少是现有单分子显微镜分辨率的四倍。

“单分子显微镜的定位精度通常在 20-30 纳米左右的原因是，当我们检测到该信号时，显微镜实际上是在移动的。这会导致不确定性。使用现有的超分辨率仪器，我们无法判断一种蛋白质是否与另一种蛋白质结合，因为它们之间的距离比它们位置的不确定性要短。 EMBL 澳大利亚单分子科学节点。

为了克服运动问题，研究人员在单分子显微镜内建立了自主反馈回路，以检测和重新调整光路和载物台。

“不管你对这台显微镜做什么，它基本上都能以纳米以下的精度找到回去的路。这是一个智能显微镜。它完成了操作员或服务工程师需要做的所有事情，并且每秒执行 12 次，”Gaus 教授解释道。

据该团队称，反馈系统与现有显微镜兼容，并在样品制备方面具有高度灵活性。Gaus 教授说：“对于主要的成像问题，这是一个非常简单而优雅的解决方案。我们只是在显微镜中构建了一个显微镜，它所做的只是对准主显微镜。我们发现的解决方案简单实用，这是一个真正的优势，因为它可以轻松克隆系统并快速采用新技术。”

测量蛋白质之间的距离

使用他们新型的超精确反馈单分子显微镜，该团队测量了 T 细胞内信号蛋白之间的距离。免疫学家假设 T 细胞处于非活动或静止状态，因为细胞内的信号分子与受体相互作用以防止激活。

精确定位 T 细胞受体（粉红色）和 CD45 磷酸酶（绿色）的 AT 细胞[来源：Single Molecule Science，UNSW Sydney]。

使用这项新技术，该团队证明了事实确实如此，信号分子和 T 受体在激活的 T 细胞中进一步相互分离。

“传统的显微镜技术无法准确测量如此小的变化，因为静息 T 细胞和活化 T 细胞中这些信号分子之间的距离仅相差 4-7 纳米。这也显示了这些信号机制对空间隔离的敏感程度。为了识别这样的监管过程，我们需要进行精确的距离测量，而这正是这台显微镜能够做到的。这些结果说明了这项技术在发现任何其他方式都无法发现的潜力方面，”高斯教授总结道。