罗切斯特大学 罗切斯特大学光学科学家开发了一种新的显微镜系统，可以对单个分子进行3D成像，并捕捉它们“摆动”的方式，该系统使用了一种特殊设计的玻璃板
学分:罗切斯特大学照片/ J
亚当·芬斯特 六年前，诺贝尔化学奖授予了三位科学家，因为他们找到了可视化活细胞内单个分子路径的方法
现在，罗切斯特大学和法国菲涅尔研究所的研究人员发现了一种方法，可以更详细地观察这些分子，显示它们在三维空间中的位置和方向，甚至它们是如何摆动和振荡的
这项工作可以为相关的生物过程提供宝贵的见解，例如，当细胞和调节其功能的蛋白质对导致新冠肺炎的病毒做出反应时
“当一种蛋白质改变形状时，它会暴露出增强生物过程的其他原子，所以蛋白质形状的改变对细胞内的其他过程有着巨大的影响，”菲涅尔研究所所长索菲·布拉斯莱特说，她与罗切斯特大学的光学教授米格尔·阿隆索和托马斯·布朗进行了合作
绰号为“坐标和高度抖动和定向超分辨率成像”的CHIDO在《自然通讯》上发表的一篇新论文中描述了这项技术
由首席作者瓦伦蒂娜·库尔西奥设计和建造
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布拉斯莱特小组的学生和路易斯·埃勒曼-卡斯塔涅达博士
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该团队报告称，作为阿隆索团队的学生，奇多在确定单个分子的参数时“位置精确到几十纳米，方向精确到几度”
使用一个在其周围受到均匀应力的玻璃板，该装置可以产生和推断在荧光显微镜中观察分子时发生的波长振荡和偏振变化
这项新技术将单个分子的图像转换成扭曲的焦点，焦点的形状直接编码了比以前的测量工具更精确的三维信息
实际上，CHIDO可以产生具有各种可能偏振态的光束
“这是光学的美妙之处之一，”布朗说
“如果你有一个设备可以产生几乎任何偏振态，那么你也有一个设备可以分析几乎任何可能的偏振态
" 玻璃板起源于布朗的实验室，是他长期致力于开发具有不同寻常偏振的光束的一部分
偏振理论专家阿隆索与布朗合作，研究如何改进这种“非常简单但非常优雅的装置”，并扩大其应用范围
在马赛的一次访问中，阿隆索向布拉塞雷特描述了这块板，他是荧光和非线性成像新仪器的专家
Brasselet立即建议将其用于她正在研究的显微技术中，以对单个分子成像
“这是一个非常互补的团队，”布拉斯莱特说
酝酿了20年 1873年，恩斯特·阿贝规定显微镜的分辨率永远不会超过光波长的一半
这一障碍一直存在，直到诺贝尔奖得主埃里克·白兹格和威廉·摩尔纳——用他们的单分子显微镜——和斯蒂芬·地狱——用他的受激辐射损耗显微镜——找到绕过它的方法
光学教授托马斯·布朗拿着一块玻璃，这块玻璃是为一种新的显微系统设计的，这种系统可以对单个分子进行三维成像，并捕捉它们“摆动”的方式
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亚当·芬斯特 “由于他们的成就，光学显微镜现在可以窥视纳米世界，”诺贝尔委员会在2014年报告说
布朗说:“诺贝尔奖和随后几年的工作中缺少的是不仅能够准确知道分子的位置，而且能够表征其方向，特别是其在三维空间中的运动。”
事实上，布朗、阿隆索和布拉斯莱特现在描述的解决方案起源于20年前
从1999年开始，布朗和他的一位博士
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学生凯瑟琳·杨沃斯开始研究不寻常的光束，这些光束显示出不寻常的光偏振模式，即光波的方向
一些光束呈现出轮辐状的辐射状图案，具有迷人的特性
杨沃斯在一个桌面上演示说，当聚焦紧密时，光束显示出的偏振分量几乎指向三维空间的任何方向
亚历克西斯·斯佩尔曼·沃格特，另一个博士
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候选人，然后与布朗合作，通过对玻璃圆柱体的边缘施加应力来创造同样的效果
布朗的妹夫罗伯特·桑普森是一名熟练的工具和模具专家，他被要求制作一些样品，并将其安装在金属环中，用于共焦显微镜
这包括加热玻璃和金属环
“当你加热金属时，它的膨胀速度比玻璃快，”布朗说，“所以你可以把玻璃和金属加热到很热，把玻璃插入金属中间，当它冷却时，金属会收缩，在玻璃的外围产生巨大的力。”
" 桑普森无意中对其中一块钢板施加了比要求的更大的应力
当他的姐夫把盘子递给他时，布朗就知道这个盘子有不同寻常的品质
罗切斯特小组引入了术语“应力工程光学”来描述这些元素，随着他们对物理行为和数学的了解越来越多，他们意识到这些窗口可能是解决显微镜学中全新问题的途径
这就是现在的CHIDO的起源，巧合的是，它是墨西哥俚语，意思是“酷”
" “当时，亚历克西斯和我都知道应力工程玻璃很有趣，可能会有有用的应用；我们只是当时不知道它们可能是什么，”布朗说
现在，由于他与阿隆索和布拉斯莱特的合作，他希望奇多能“抓住”该领域其他研究人员的想象力，帮助进一步完善和应用这项技术
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