观测细胞纳米级世界研究领域的最新进展

　　据PhysOrg网站2006年8月18日报道，德国马普生物物理化学研究所的科学家们进一步打开了细胞纳米级世界的大门。该研究所的研究人员首次将受激发射损耗(STED)显微镜的分辨率提高到了15纳米。今年4月份，他们就已利用他们几年前开发的显微术获得了细胞60纳米分辨率的清晰图像。现在科学家们可以通过进一步减少受激发射损耗显微镜的有效焦点，深入细胞内部，拍摄到比以前更加详细的细胞内部图像。

　　病毒是如何感染细胞的？神经细胞是如何传输信号的？蛋白质是如何工作的？人类还无法看清自然界的纳米级世界。然而，为了能够感知从表面上无法看清的东西，我们需要对目标物体进行放大，比如使用荧光显微镜。将荧光标记附在蛋白质和其它生物分子上，这样科学家们就能观测到这些标记。很久以来，低分辨率一直妨碍科学家们进一步深入观测蛋白质功能。一个单一蛋白质的尺度在2至20纳米之间，直到现在这个尺度对科学家们来说还是太小了。

　　德国哥廷根马普生物物理化学研究所的科学家们现在已经将他们开发的受激发射损耗显微镜的分辨率提高到了15纳米。他们所使用的荧光显微镜的分辨率比普通的要高12倍。今年4月份，斯蒂帆•赫尔教授领导的科学家小组已经获得了细胞60纳米分辨率的清晰图像。

　　仅仅在几年前，物理学家们还相信了解200纳米以内的纳米级世界的详细情况是不可能的事情。阿贝定律巩固了这一“200纳米”的极限设定，因为该定律认为一个光学显微镜的分辨率不可能超越进入显微镜内光的波长一半的精确度。

　　赫尔和他的同事一道利用一个窍门突破了这一极限设定。他们发现激发附在蛋白质上的荧光染料出现了一个蓝光束。尽管该光束斑点的尺寸还不能突破阿贝定律所设定的200纳米极限，但是在光斑中受激分子能发荧光之前，光斑以外区域的分子被迫转入放松状态。为了利用这种效果，他们将受激发射损耗环形光束重叠在了激发斑点之上。这就意味着只有靠近光环中心明亮小斑点的分子才会保持激发，从而最终能够发光。

　　受激发射损耗光束越强，能使分子发荧光的斑点就越小。但是同样附上荧光染料的分子在一个强光束中的漂白速度也就越快，这会使我们无法看清任何东西。德国哥廷根马普生物物理化学研究所的科学家们发现发荧光分子被漂白的最主要原因是这些分子始终持续保持一微秒一次向更暗状态转变，物理学家将这种情况称之为三线态。处于这种状态下的分子一旦被一个光粒子撞击，它不会不可逆转地进行漂白。对此问题的解决办法就是使用间隔4微秒的光脉冲照射分子，间隔4微秒的目的就是让分子有足够的时间回复黑暗状态。而后，这些分子可以再一次被激发和松弛下来。

　　赫尔教授称，“受激发射损耗技术的全部潜力仍然还没有完全挖掘出来”。一个附上染料分子的分辨率达到1或者2纳米是可能的。荧光显微镜方法经常广泛应用于生物领域。它的优势在于不用破坏细胞就可以观测到活细胞内部情况。通过采用受激发射损耗技术，德国哥廷根马普生物物理化学研究所的科学家们已经观测到Bruchpilot蛋白质是如何在空间上聚集于神经键中，如何触发活性神经键区域的形成，在该区域内神经细胞有选择性释放神经传递素。此外，他们还对神经键区域形成期间所释放出来的蛋白质是如何在突触前膜进行组装的进行了探索。

英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news75126058.html (责任编辑：泉水)

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