一文看懂iSTROM超显背后的“黑科技”

      现代生物学及微生物学皆因光学显微镜而诞生，光学显微镜也是生命科学中必不可少的工具。有了它，科学家、研究者、实验员们马上就能像绿巨人变身拥有了超能力，把芥子中隐藏的须弥世界展开，将肉眼不可见细小世界的一花一木、熙来攘往、生命百态，微观生物的一颦一笑、一动一静、生生不息尽收眼中。

      随着显微技术的发展，可观测的东西越来越小，人们不禁疑问，光学显微镜到底能看多小，也就是光学显微镜分辨率到底能有多高？这个问题对人类如此重要，以至于光学衍射极限的存在让科学家们三百年间如鲠在喉、如芒在背，前赴后继、上下求索寻找解决之道。直至超高分辨率显微技术的问世，才终于突破了衍射极限的壁障，吸引了全世界科学家们的热切关注和使用，期待它能颠覆人类已有认知的表现。

      今天，借机秀一秀iSTORM超高分辨率显微镜的技术肌肉，带你看懂这一颠覆性的成像工具背后，到底有些什么令人惊叹的“黑科技”！ 

      首先，有必要隆重推荐超高分辨率显微技术的三位开山鼻祖，科学家艾力克·贝齐格（Eric Betzig）、斯特凡·W·赫尔（Stefan W. Hell）和W·E·莫纳（W. E. Moerner）。

      他们的科学发现突破阻碍人类认知微观世界的200nm光学衍射极限，为表彰他们突破性的工作，使光学显微技术进入了纳米尺度，授予了2014年诺贝尔化学奖。他们的发现使得人们对细胞的认识达到前所未有的程度，使人们能够观察到活细胞中不同分子在纳米尺度上的运动，开启了一个超高分辨率显微的全新时代。

      生物世界是个复杂体系，单靠一个领域的知识很难解决其中的许多问题，iSTORM超高分辨率显微成像运用了光学、生物、电学、算法、化学等学科的深度交叉融合，才得以实现超高分辨率、超稳定、超便捷的成像能力。仅在光学方面它就集成了普通荧光显微、TIRF、dSTORM、STORM、PALM几种成像技术，一个系统可揭示细胞器的超微结构、单分子定位与计数、单分子运动轨迹追踪，从多个维度研究细胞的运行机制。

交叉融合让iSTORM具备了常规显微镜所不具备的超能力：

      · 超高分辨率

        XY轴分辨率达20nm、Z轴分辨率达50nm，具备3D成像功能。

      · 多通道同时成像

       以比顺序成像方式速度更快的同时方式成像，实现多通道在几秒到十几分钟的时间范围内的超高分辨率成像。

      · 物理样品锁定

       以实时物理补偿方式纠正样品漂移，锁定精度1nm，图像更真实、可靠。无需预热，即开即用，操作简便，在高楼层、嘈杂、震动、常温常态的环境下也能稳定成像。

      ·“傻瓜式”操作，易学易用

       “所见即所得”，操作流程化，简单易用。即便是操作新手，经过简单的技术讲解，2个小时以内就可独立操控系统。

      自融合中产生的iSTORM超高分辨率显微镜能捕捉到的生物图像异常清晰、美丽，被称为艺术品也并不为过。眼见为实，以下展示了几幅超高图片给各位感受一二：

超高分辨率显微镜下的世界美如画 图片来源：力显智能科技

上图是细胞中微管的宽场影像，下图是其iSTORM的超高成像结果，可以看到超高成像对分辨率的显著提升

       在搭载更多软硬件模块或配合以化学方法，iSTORM还会展示出更加炫酷的能力，举例如下：

      · 活细胞成像

       与适合的荧光染料配合，就可实现活细胞成像，使得动态生物学过程与生物学机制的研究成为可能。

      · 单颗粒/单分子追踪

       搭载SPT技术，可以动态追踪纳米尺度单颗粒乃至单个分子的运动轨迹，确定其运动模式。这在最近比较热门的mRNA新冠疫苗监测、纳米给药研究及药物发现方面都能大显身手。

时代机遇：超高，观测世界的另一面

     《Nature Methods》在十周年之际，曾专刊盘点过去十年中对生物学研究影响最深的十大技术中，就有超高分辨率显微镜上榜。

由于超高分辨率显微镜的出现，科学家的研究对象从组织，到单个细胞，到细胞器，到蛋白，甚至到DNA，可以观测细胞中不同分子的运动—— 能看到脑部神经细胞间的突触是如何形成的，能观察到与帕金森氏症、阿尔兹海默症和亨丁顿舞蹈症相关的蛋白聚集过程，也能在受精卵分裂形成胚胎时追踪不同的蛋白质，从分子水平来研究细胞，实现这些在前人看来都不可能的事情，推动人类从分子水平理解生命科学中的现象与机理。

      可以预见，伴随着超高分辨率显微技术的迭代升级和更多融合，未来在更多的场景中，将会有越来越多超高分辨率显微发挥出目前我们意想不到作用的地方。

      未来将至，“超高分辨率显微镜”将引领新时代！希望力显智能科技的iSTORM能够帮助更多的科学家解决生命科学前沿问题以及生物领域那些至今未解的谜团！