Seeing is believing，光學顯微鏡自1590年由荷蘭詹森父子創(chuàng)制伊始，即成為生命科學最重要的研究工具之一。進入21世紀，借助熒光分子，科學家將光學顯微鏡的分辨率提高了一個數(shù)量級，由約一半光波波長（250 nm）拓展至幾十納米，并興起了超高分辨熒光成像技術，用于“看到”精細的亞細胞結(jié)構和生物大分子定位，相關工作榮膺2014年諾貝爾化學獎。

來自中科院生物物理研究所徐濤院士研究組與科學研究平臺紀偉正高級工程師研發(fā)團隊合作發(fā)表題為“Molecular resolution imaging by repetitive optical selective exposure”的研究論文，為超高分辨光學顯微鏡家族再添新成員，使顯微鏡分辨率進一步被突破。該工作提出了一種基于激光干涉條紋定位成像的新技術，并據(jù)此研制出新型單分子干涉定位顯微鏡（Repetitive Optical Selective Exposure, ROSE），將熒光顯微鏡分辨率提升至3 nm以內(nèi)的分子尺度，單分子定位精度接近1 nm，可以分辨點距為5 nm的DNA origami（DNA 折紙）結(jié)構。

這一研究結(jié)果公布在9月9日的Nature Methods雜志上，文章的通訊作者為徐濤院士和紀偉正高級工程師，谷陸生、李媛媛、張淑文為共同第一作者。

干涉定位，是指采用不同方向和相位的激光干涉條紋激發(fā)熒光分子，熒光分子的發(fā)光強度與其所處條紋的相位有關，該技術即是通過熒光分子強度與干涉條紋的相位關系，來確定熒光分子的精確位置。

為降低單分子發(fā)光時的閃爍和漂白對亮度和定位精度產(chǎn)生的不良影響，研發(fā)團隊對顯微鏡光路進行了創(chuàng)造性地設計，分別為：基于電光調(diào)制器的干涉條紋快速切換激發(fā)光路，基于諧振振鏡掃描的6組共軛成像光路，兩種光路的同步實現(xiàn)了高達8 kHz的分時成像，確保在相機的單次曝光時間里把每個單分子發(fā)光狀態(tài)均勻分配給6個干涉條紋，有效避免了熒光分子發(fā)光能力波動對定位精度的干擾。

研發(fā)團隊利用該技術對不同熒光位點間距的DNA origami陣列進行驗證測試，證明干涉成像分辨率達到了3 nm的分子水平，可以解析5 nm的DNA origami陣列。后續(xù)的功能性實驗結(jié)果顯示，該技術在免疫標記的微管、CCP（clathrin coated pits，網(wǎng)格蛋白有被小窩）以及較致密的細胞骨架成像時展現(xiàn)出良好性能，該技術將為進一步解析精細亞細胞的組分和生物大分子的納米結(jié)構提供有力工具。

徐濤院士領銜的儀器研發(fā)團隊近年來致力于顯微成像儀器設備和技術方法的研究和開發(fā)，先后研制出偏振單分子干涉成像、冷凍單分子定位成像以及超分辨光電融合成像系統(tǒng)，開發(fā)了新的超分辨顯微成像算法、探針和技術，申請有多項發(fā)明專利，上述成果被廣泛應用于細胞生物學相關研究，支撐團隊與合作者在該領域取得了系統(tǒng)性成果產(chǎn)出。紀偉正高級工程師所在的生命科學儀器研發(fā)中心是根據(jù)研究所發(fā)展新技術新方法的迫切需求而設立，隸屬于科學研究平臺，在提供技術服務的同時，聚焦生物顯微成像儀器設備的研發(fā)與應用推廣。