打破阿贝衍射极限，超分辨率显微镜毫秒级成像，看百万分之一毫米

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它可以使微小的细胞结构可见：尖端光学显微镜提供十分之几纳米的分辨率，换句话说为百万分之一毫米。到目前为止，超分辨率显微镜比传统方法慢得多，因为必须记录更多或更精细的图像数据。与耶拿的合作伙伴一起，比勒费尔德大学科学家现在已经进一步开发了超分辨率SR-SIM过程。学者们表明，SR-SIM也可以实时和非常高的成像速率，因此适合于观察非常小的细胞颗粒运动，其研究发现发表在《自然通讯》上。

比勒费尔德大学生物分子物理工作组负责人托马斯·胡泽教授说：这就是这种显微镜在生物学或医学应用中真正有用的地方。目前的问题是，提供足够高分辨率的显微镜无法以相应的速度显示信息。SR-SIM项目由德国研究基金会(DFG)和欧盟通过MarieSkOdowska-Curie Actions提供资金。SR-SIM代表“超分辨率结构照明显微术”，是一种荧光显微术。物体被激光照射，这种光激发样品中的特殊荧光分子，使它们以不同的波长重新发射光。然后显微镜图像显示重新发射的光，与其他传统的荧光显微镜方法不同。

SR-SIM不会均匀地照亮样品，而是具有精细的网格状图案，这种特殊技术能够实现更高的分辨率。该过程包括两个步骤：首先将样品重新发射的光记录在几个单独图像中。比勒菲尔德大学生物分子物理工作组的成员，也是这项研究的主要作者安德烈亚斯·马克维思(Andreas Markwirth)说：然后在计算机上根据这些原始数据重建完成的图像，尤其是第二步，到目前为止已经花费了大量时间。因此，比勒费尔德大学研究人员与莱布尼茨光子技术研究所和耶拿弗里德里希·席勒大学的Rainer Heintzmann教授合作，加快了这一研究过程，现在设计的显微镜可以更快地生成原始数据。

此外，由于在现代图形卡上使用并行计算机处理，图像重建花费的时间大大减少。在研究中，研究人员在生物细胞上测试了新方法，并记录了线粒体的运动，细胞器的大小约为一微米。Markwirth表示：我们已经能够产生大约每秒60帧，比电影更高的帧速率。测量和图像之间的时间不到250毫秒，所以这项技术能够实时记录。到目前为止，超分辨率方法经常与常规方法相结合：传统的快速显微镜用于首先发现结构。然后可以使用超分辨率显微镜详细检查这些结构。然而，有些结构太小了，以至于用常规显微镜无法发现，例如肝细胞中的特定孔隙。

该新方法既高分辨率又快速，这使得生物学家能够探索这样的结构。新显微镜的另一个应用是研究病毒颗粒通过细胞的方式。这使我们能够准确地了解感染过程中发生的情况。超分辨率显微镜只有大约20年的历史。1873年Ernst Abbe发现可见光的光学系统分辨率被限制在大约250纳米。然而，近年来，已经开发了几种光学方法来打破已被称为阿贝衍射极限屏障。2014年来自美国的威廉·E·莫尔纳(William E.Moerner)和埃里克·贝齐格(Eric Betzig)以及德国的Stefan Hell因开发出约20至30纳米的超分辨率而获得诺贝尔化学奖。