摘要：
一种新型混合显微镜首次实现了对细胞内分子（如标记蛋白质）的完整3D方位和位置的同步成像。该显微镜结合了偏振荧光技术（用于测量分子方位）和双视角光片显微镜（diSPIM，擅长沿样本深度轴成像），为科学家提供了前所未有的研究工具。

研究背景

在生物学研究中，分子的3D方位和位置变化往往与其功能密切相关。例如，蛋白质的3D方位变化通常是对环境变化的响应，这种变化使它们能够与其他分子相互作用以执行其功能。然而，传统的显微镜技术难以同时捕捉分子的3D方位和位置信息，尤其是在样本倾斜或复杂结构（如细胞分裂中的纺锤体）中。

技术突破

这种新型混合显微镜由海洋生物实验室（MBL）开发，结合了两种先进技术：

1. 偏振荧光技术：用于精确测量分子的方位。

2. 双视角光片显微镜（diSPIM）：通过两个正交视角对样本进行成像，显著提高了深度分辨率。

通过这种结合，研究人员能够首次同时捕捉分子的3D方位和位置信息，突破了传统显微镜的局限性。

应用前景

1. 蛋白质功能研究：
   通过记录蛋白质的3D方位变化，科学家可以更深入地理解其功能机制。研究第一作者Talon Chandler表示：“仅凭分子的位置变化可能无法揭示真实的生物学信息，而这种显微镜可以捕捉到这些隐藏的细节。”

2. 细胞分裂研究：
   传统显微镜在观察倾斜的纺锤体时存在局限性，而这种新型显微镜可以校正倾斜并捕捉纺锤体分子（如微管）的3D方位和位置。

3. 活体样本动态观察：
   研究团队希望进一步提高系统的速度，以观察活体样本中结构的位置和方位随时间的变化。

4. 荧光探针开发：
   未来荧光探针的发展将使这种显微镜能够成像更多种类的生物结构。

研发历程

这一显微镜的概念源于2016年MBL的一次显微镜创新者头脑风暴会议。Hari Shroff（HHMI Janelia）和Rudolf Oldenbourg（MBL）意识到，双视角显微镜可以解决偏振光显微镜在沿光传播方向照明时的局限性。随后，Talon Chandler（芝加哥大学博士生）在MBL的Oldenbourg实验室中完成了这一技术的开发，并将其作为博士论文课题。

研究团队通过MBL、芝加哥大学和美国国立卫生研究院（NIH）的紧密合作，最终实现了分子3D方位和位置的完整重建。

未来展望

研究团队计划进一步优化系统，以提高成像速度并扩展其应用范围。他们还希望未来的荧光探针技术能够使这种显微镜适用于更多生物结构的研究。

参考文献

• 期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences

• 标题：Volumetric imaging of the 3D orientation of cellular structures with a polarized fluorescence light-sheet microscope

• 作者：Talon Chandler, Min Guo, Yijun Su等

• DOI：10.1073/pnas.2406679122

结语

这种新型混合显微镜的问世为生物学研究开辟了新的可能性，使科学家能够更全面地理解细胞内分子的动态行为。随着技术的进一步发展，它有望在疾病研究、药物开发和基础生物学领域发挥重要作用。