使用等离子体超表面对活的 移动的细胞进行高分辨率成像

为了以更高的精度成像极小的结构和现象，科学家一直在推动光学显微镜分辨率的极限，但是这些进步通常伴随着复杂性和成本的增加。

现在，日本的研究人员表明，即使使用常规的宽视野显微镜，嵌入自组装金纳米颗粒的玻璃表面也可以提高分辨率，而成本却很少，这有利于能够对活细胞进行高速成像的高分辨率荧光显微镜。

因为光学显微镜会放大光，获得结构的详细图像，即可以区分对象的大小早已被衍射光的穿过开口时，导致它传播特性的限制。

研究人员一直在开发技术来克服高度限制的光学系统的局限性，但是其中许多依赖于使用强激光，激光会损坏甚至杀死活细胞，并扫描样本或处理多个图像，从而抑制真实的图像。时间成像。

九州大学材料化学与工程研究所的著名教授玉田薰(Kaoru Tamada)表示：“最近的技术可以产生令人惊叹的图像，但是其中许多都需要高度专业化的设备，并且无法观察活细胞的运动。”

Tamada和她的小组使用实时荧光显微镜方法对细胞进行成像，发现他们只需改变细胞表面即可将常规宽视野显微镜下的分辨率提高到接近衍射极限。

在荧光显微镜中，感兴趣的细胞结构被标记为分子，该分子吸收来自入射光的能量，并通过荧光过程将其重新发射为另一种颜色的光，将其收集以形成图像。

尽管细胞通常在普通玻璃上成像，但Tamada的研究小组在玻璃表面上覆盖了一层自组装的金纳米颗粒，上面覆盖着一层二氧化硅薄层，从而形成了具有特殊光学特性的所谓超颖表面。

直径只有12 nm的有组织金属纳米颗粒表现出一种称为局部表面等离振子共振的现象，该现象使超表面能够从附近的发光分子中收集能量以进行高效再发射，从而产生仅限于10 nm的增强发射厚的纳米颗粒表面。

在宽视野荧光微镜下，在由金纳米颗粒制成的超颖表面上成像的小鼠成纤维细胞在膜附近的粘连处显示出增强的和受限的发光Paxillin蛋白发射。九州大学的研究人员表明，此类超表面可与常规荧光显微镜一起使用，作为将分辨率提高到接近衍射极限的简单途径。垂直于超表面的样品照明可使细胞体被粗略地视为微弱的发射，而将paxillin成像为亮点。图片来源：九州大学，田田薰

Tamada解释说：“通过引入纳米粒子，我们有效地创建了只有几纳米厚的发光平面。” “由于感兴趣的光是从这么薄的一层发出的，我们可以更好地关注它。”

额外的好处来自能量快速传递到超颖表面，通过减少扩散进一步确定发射点的位置，以及超颖表面的高折射率，这有助于根据阿贝的衍射极限提高分辨率。

研究人员使用超颖表面在称为3T3成纤维细胞的实时小鼠细胞中成像，这些细胞经过基因工程处理后产生了一种名为paxillin的蛋白质，该蛋白质经过修饰后在激发时会发出绿光。Paxillin在产生黏着斑中起关键作用，黏着斑是细胞膜中的分子与外界相互作用的地方。

研究人员使用垂直于表面的激光照射整个样本，研究人员能够使用超颖表面而不是玻璃以更高的分辨率对细胞膜附近的帕西林成像进行成像。

倾斜照明光以实现全内反射，研究人员可以获得更高对比度的图像，因为大多数照明光是从表面反射而来的，只有少量到达细胞侧，从而减少了由于照明光深入到细胞内而产生的杂散辐射。细胞。

使用超分辨率数码相机每500毫秒记录的图像分析显示，在仅覆盖几个像素的光点上，强度存在明显差异，表明分辨率约为200 nm，接近衍射极限。

细胞也可以在超颖表面上成像更长的时间，因为尽管输入能量较低，但发射仍会增强，从而随时间减少了细胞损伤。

Tamada评论说：“对于使用现有光学显微镜的世界各地的研究人员来说，元表面是提高分辨率的一个有前途的选择，” Tamada说道。

除了继续改进与常规显微镜一起使用的表面之外，研究人员还在探索它们对于更复杂的显微镜系统所具有的优势。

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