一种用于快速区分三维分子结构的超分辨率显微镜方法

将pMINFLUX与石墨烯能量转移相结合，实现精确的三维定位。a 顶部：DNA折纸结构示意图，单个染料位于玻璃盖板上石墨烯的16纳米高度。底部。b 四个脉冲交错涡旋形光束中的每一个的荧光衰减，这些光束集中在样品上，呈三角形排列，第四个光束放置在三角形结构的中心。星形表示染料分子的xy位置。c 时间仓的xy定位直方图。d 从时间仓得到的荧光寿命分布。e 从d）的荧光寿命计算出的与石墨烯z的距离分布。f 使用pMINFLUX的2D信息和来自荧光寿命的z距离对全部荧光强度轨迹进行3D定位。单独的定位显示为黑色，两侧是相应的投影，xy为1nm，z为0.2nm。Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01111-8

超分辨率显微镜方法对于揭开细胞的结构和分子的动态至关重要。自从研究人员克服了长期以来被认为是绝对的250纳米左右的分辨率极限（同时凭借他们的努力赢得了2014年诺贝尔化学奖）以来，显微镜的方法取得了迅速的进展。

现在，由LMU化学家Philip Tinnefeld教授领导的团队通过各种方法的结合取得了进一步的进展，实现了三维空间的最高分辨率，为密集分子结构的快速成像铺平了一条根本性的新途径。这种新方法允许低于0.3纳米的轴向分辨率。

研究人员将Tinnefeld团队开发的所谓pMINFLUX方法与一种利用石墨烯作为能量接受体的特殊性质的方法结合起来。pMINFLUX是基于测量被激光脉冲激发的分子的荧光强度。该方法使区分它们的横向距离成为可能，分辨率仅为1纳米。

石墨烯吸收了距离其表面不超过40纳米的荧光分子的能量。因此，分子的荧光强度取决于它与石墨烯的距离，可用于轴向距离测量。

DNA-PAINT提高了速度

因此，pMINFLUX与这种所谓的石墨烯能量转移（GET）的结合提供了关于所有三个维度的分子距离的信息--而且是以迄今为止可实现的低于0.3纳米的最高分辨率实现的。"论文的主要作者Jonas Zähringer说："GET-pMINFLUX的高精度为改进超分辨率显微镜的新方法打开了大门。

研究人员还以此来进一步提高超分辨率显微镜的速度。为此，他们借鉴了DNA纳米技术来开发所谓的L-PAINT方法。与DNA-PAINT（一种通过标记有荧光染料的DNA链的结合和解除结合实现超分辨率的技术）相比，L-PAINT中的DNA链有两个结合序列。

此外，研究人员还设计了一个结合层次，使L-PAINT的DNA链在一侧结合得更长。这使得链的另一端能够以快速的速度局部扫描分子位置。

Tinnefeld说："除了提高速度外，这还允许扫描密集的集群，比热漂移产生的扭曲更快，"。"我们将GET-pMINFLUX和L-PAINT结合在一起，使我们能够在分子水平上研究结构和动力学，这对我们理解细胞中的生物分子反应是至关重要的。"

这些发现发表在《光》杂志《科学与应用》杂志。

更多信息

More information: Jonas Zähringer et al, Combining pMINFLUX, graphene energy transfer and DNA-PAINT for nanometer precise 3D super-resolution microscopy, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01111-8

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