一种用于快速区分三维分子结构的超分辨率显微镜方法
发布时间:2023-03-13 08:00:00 阅读数: 3
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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