九州大学 在全内反射荧光(TIRF)显微镜下，在由金纳米颗粒制成的亚表面上成像的小鼠成纤维细胞在膜附近的焦点粘连处显示出来自发光的桩蛋白的增强且受限的发射
九州大学的研究人员已经表明，这种亚表面可以与传统的荧光显微镜一起使用，作为一种将分辨率提高到衍射极限附近的简单途径
TIRF条件的使用有助于减少来自单元内部深处的杂散发射，以进一步提高亚表面附近结构的对比度
学分:九州大学田田薰 为了以更高的精度对非常小的结构和现象成像，科学家们一直在推动光学显微镜分辨率的极限，但这些进步往往伴随着复杂性和成本的增加
现在，日本的研究人员已经表明，嵌入自组装金纳米粒子的玻璃表面可以在不增加成本的情况下提高分辨率，而无需使用传统的宽视野显微镜，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
因为光学显微镜通过放大光线来获得结构的详细图像，所以可以区分的物体尺寸长期以来受到衍射的限制——衍射是光线穿过开口时传播的一种特性
研究人员一直在开发技术，通过高度先进的光学系统来克服这些限制，但其中许多依赖于使用强激光，这可能会损坏甚至杀死活细胞，以及扫描样本或处理多个图像，这抑制了实时成像
九州大学材料化学与工程研究所的杰出教授田田薰说:“最近的技术可以产生惊人的图像，但其中许多需要高度专业化的设备，并且不能观察活细胞的运动。”
Tamada和她的团队使用实时荧光显微镜方法对细胞成像，发现他们可以通过改变细胞下的表面，将传统宽视野显微镜下的分辨率提高到衍射极限附近
在荧光显微术中，感兴趣的细胞结构用分子标记，这些分子从入射光中吸收能量，并通过荧光过程，以不同颜色的光的形式重新发射，收集这些光以形成图像
虽然细胞通常在普通玻璃上成像，但塔马达的团队在玻璃表面涂上了一层自组装的金纳米粒子，上面覆盖了一层薄薄的二氧化硅，创造了一个所谓的具有特殊光学特性的亚表面
直径仅为12纳米的有序金属纳米粒子表现出一种被称为局域表面等离子体共振的现象，这种现象允许亚表面从附近的发光分子收集能量以进行高效的再发射，从而产生局限于10纳米厚的纳米粒子表面的增强发射
在宽视野荧光显微镜下，在由金纳米颗粒制成的亚表面上成像的小鼠成纤维细胞在膜附近的局部粘连处显示出来自发光桩蛋白的增强且受限的发射
九州大学的研究人员已经表明，这种亚表面可以与传统的荧光显微镜一起使用，作为一种将分辨率提高到衍射极限附近的简单途径
垂直于亚表面的样品照明允许细胞体被粗略地视为弱发射，而将青霉素成像为亮点
学分:九州大学田田薰 “通过引入纳米粒子，我们有效地创造了一个只有几纳米厚的发光平面，”塔马达解释说
“因为感兴趣的光是从这么薄的一层发出的，我们可以更好地聚焦它
" 能量转移到亚表面的速度更快，通过减少扩散进一步定位发射点，亚表面的高折射率有助于根据阿贝衍射极限提高分辨率，这些都带来了额外的好处
使用亚表面，研究人员在被称为3T3成纤维细胞的实时小鼠细胞中成像，该细胞被基因工程改造以产生一种被称为桩蛋白的蛋白质，该蛋白质被修饰以在被激发时发出绿光
桩蛋白在形成局部粘连中起着关键作用，这是细胞膜中的分子与外界相互作用的点
用垂直于表面的激光照射整个样品，研究人员能够用亚表面代替玻璃以更高的分辨率成像细胞膜附近青霉素的变化
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，因为大多数照明光从表面反射，只有少量到达细胞侧，从而减少了由穿透细胞深处的照明产生的杂散发射
用超分辨率数码相机对每500毫秒记录的图像进行分析，发现仅覆盖几个像素的光斑强度有明显差异，表明分辨率约为200纳米，接近衍射极限
细胞也可以在亚表面上成像更长时间，因为尽管输入能量较低，但发射得到了增强，从而随着时间的推移减少了细胞损伤
“对于世界各地的研究人员来说，使用传统的光学显微镜来提高分辨率是一个很有前途的选择，”塔马达评论道
除了继续改进传统显微镜的使用表面，研究人员还在探索它们对于更复杂的显微镜系统的优势
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