【超分辨率光学成像】I 超分辨光学显微镜简述（【超分辨率光学成像】I 超分辨光学显微镜简述）

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本文目录一览：

• 1、【超分辨率光学成像】I 超分辨光学显微镜简述
• 2、【超分辨率光学成像】I 超分辨光学显微镜简述
• 3、聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）与三维超分辨成像技术（3D-SR）联用来实现细胞多模态成像

【超分辨率光学成像】I 超分辨光学显微镜简述

光学显微镜的历史和原理中，早期的显微镜由列文虎克发明，通过物镜和目镜的组合实现细胞观察。物镜的焦距、数值孔径和视场是其关键特性。显微镜的总放大倍数取决于物镜和目镜的配合，不同厂商的标准有所不同，比如Nikon、Olympus、Leica和Zeiss的筒镜焦距要求各异。

共聚焦显微镜利用两个共轭的针孔技术，聚焦平面的光进入探测器，提高图像质量。然而，传统共聚焦显微镜的分辨率仍受限于光学衍射极限，约200纳米。为了突破这个极限，超分辨率光学成像技术如近场扫描光学显微镜（SNOM）和远场超分辨技术（如STED、RESOLFT等）被提出。SNOM利用尖端探针扫描样品表面，获取高分辨率图像，而远场超分辨则通过巧妙方法绕过衍射极限，尽管仍受基础物理规律的限制。

荧光探针在超分辨成像中扮演关键角色，它们的性能优化对于提高成像精度、速度、活细胞成像和成像效率至关重要。后续文章将详细介绍这些技术的详细内容以及荧光探针的优化研究。

【超分辨率光学成像】I 超分辨光学显微镜简述

超分辨率光学显微镜是现代科学领域中的关键工具，它们突破了传统光学显微镜的分辨率限制，允许科学家以前所未有的精细度观察微观世界。本文将简述超分辨光学显微镜的核心原理、技术及其应用。

传统光学显微镜的分辨率受限于光的衍射现象，使得在大约200纳米左右达到衍射极限。然而，通过创新技术，科学家们能够实现亚衍射级别的分辨率。近场扫描光学显微镜（SNOM）利用尖端直径远小于光波长的探针，实现纳米级扫描，记录样品表面的近场光强度，从而获得高分辨率图像。另一方面，远场超分辨显微镜技术通过工程设计和物理机制绕过光学衍射极限，例如通过点扩散函数工程、单分子定位或基于莫尔条纹效应的频率调制，达到更高空间分辨率。

荧光探针在超分辨成像中扮演着重要角色。科学家通过优化荧光探针性能，提高定位精度、成像速度和活细胞成像能力。这些技术的应用范围广泛，从生物学、医学到材料科学，都展现出巨大的潜力和价值。

总之，超分辨率光学显微镜的出现极大地扩展了人类对微观世界的认知，为科学研究提供了前所未有的洞察力。随着技术的不断进步，我们期待未来能有更多的发现，推动科学和技术的边界进一步拓展。

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聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）与三维超分辨成像技术（3D-SR）联用来实现细胞多模态成像

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聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）与三维超分辨成像技术（3D-SR）的联用，为细胞多模态成像提供了一种创新方法。文章的作者Eric Betzig和Harald F. Hess，分别在光层片显微镜和超分辨率显微镜领域有着深厚的造诣。文章发表在科学期刊Science上，主题为“Correlative three-dimensional super-resolution and block-face electron microscopy of whole vitreously frozen cells”。该研究指出，结合FIB-SEM和3D-SR技术，可以在整个细胞水平上实现全面、多模态的超结构变异观察，为解决实际问题提供了有效手段。

FIB-SEM，即冷冻聚焦离子束扫描电子显微镜，通过在电子束基础上添加聚焦离子束，实现了对样品表面进行连续刻蚀和扫描成像，从而产生三维SEM成像效果。这种技术在细胞成像方面展现出独特优势，与传统的电子显微镜相比，FIB-SEM可以在不破坏样品结构的情况下，提供更为精细的三维图像。然而，FIB-SEM成像通常表现为灰度图，缺乏特异性结构的识别能力，这为与超分辨率成像技术的联用提供了必要性。

三维超分辨成像技术（3D-SR）旨在通过层切方法实现三维扫描成像，与FIB-SEM技术具有相似的目标，但其区别在于采用刀片进行切片而非离子束，这限制了其在精确控制方面的表现。文章作者通过高压冷冻固定技术，解决了化学固定对细胞结构完整性的影响问题，并结合超分辨率荧光成像技术（SIM和SMLM），实现了对细胞内结构的高分辨率可视化。这一方法避免了传统光学与电子显微镜联用时在分辨率、化学固定和结构完整性的权衡，为细胞内部结构提供了更为清晰的图像。

通过高压冷冻固定，细胞在不破坏结构的情况下进行荧光标记和EM染色，随后进行FIB-SEM成像。光学和电子显微镜成像结果通过对齐整合，生成全细胞多模式图像，实现了细胞内结构的综合观察。研究结果展示了FIB-SEM成像中囊泡的分散分布，通过荧光标记区分出具体类型，如过氧化物酶体、溶酶体、核内体等。作者还观察到过氧化物酶体的形态随体积变化而变化，可能与内部反应动力学速率调节有关。此外，该系统还可用于研究染色质结构域在神经元分化过程中的重组。

综上所述，FIB-SEM与3D-SR的联用在细胞多模态成像领域展现出巨大潜力，为深入理解细胞结构与功能提供了新的工具。尽管目前技术仍面临实时成像到快速冷冻过渡的挑战，但该系统已足够用于解决多种生物学问题。文章作者对技术的未来改进提出了展望，旨在进一步提高成像速度与实时性，以促进其在药理学、光遗传学等领域的应用。

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