摘要：作為第一位獲美國麥克阿瑟基金會“天才獎”的華人女科學家，莊小威教授獲得了許多重要成果，尤其是在生物物理顯微成像領域，近期莊小威教授發(fā)表了題為“Fast， three-dimensional super-resolution imaging of live cells”，介紹了其研究組超分辨率細胞成像最新進展：活細胞超分辨率熒光成像，這一研究成果公布在《Nature Methods》在線版上。

    傳統(tǒng)光學顯微鏡受限于光的波長，對于200nm以下的小東西只能搖頭興嘆。雖然電子顯微鏡可以達到納米級的分辨率，但通電的結果容易造成樣品的破壞，因此能觀測的樣本也相當有限。分子生物學家雖然可以做到把若干想觀察的蛋白質貼上熒光卷標，但這些蛋白質還是經常擠在一塊，在顯微鏡下分不出誰是誰。

    這幾年高分辨率熒光顯微鏡跨越了一大步，使得研究者可以從納米級觀測細胞突起的伸展，從而宣告200—750納米大小范圍的模糊團塊的時代結束了。比如利用光敏定位顯微鏡：PALM可以用來觀察納米級生物，相較于電子顯微鏡有更清晰的對比度，如果給不同蛋白接上不同的熒光標記，就能用來進一步研究蛋白質間的相互作用。

    莊小威研究組一直在研究如何用光敏開關探針來實現(xiàn)單分子發(fā)光技術。他們希望能用光敏開關將原本重疊在一起的幾個分子圖像暫時分開，這樣就能獲得單分子圖像，從而提高分辨率。

    2004年莊小威研究組偶然發(fā)現(xiàn)某種花青染料具有光控開關，也就是說，通過使用不同顏色的光，可以隨意地把它們激活成熒光狀態(tài)和失活成黑暗狀態(tài)。自此莊小威生開始研究這些光控探針，用它們來短暫地分離個體分子在空間上的重疊影像從而提高分辨率。

    之后這一研究組在Nature Methods雜志上發(fā)表，命名了一種隨機光學重建顯微鏡（stochastic optical reconstruction microscopy， STORM）。使用STORM可以以20nm的分辨率看到DNA分子和DNA-蛋白質復合體分子。這一方法基于光子可控開關的熒光探針和質心定位原理，在雙激光激發(fā)下熒光探針隨機發(fā)光，通過分子定位和分子位置重疊重構形成超高分辨率的圖像，其空間分辨率目前可達20nm.

    STORM雖然可以提供更高的空間分辨率，但成像時間往往需要幾分鐘，而且還不能滿足活體實時可視的成像的需要。活細胞成像十分重要，但是要在不影響細胞正常生命活動的前提下實現(xiàn)高分辨率成像并不容易。莊小威研究組在這篇文章中報道了通過帶有高時空分辨率的STORM，獲得活細胞超高分辨率熒光成像的研究成果。

    研究人員直接或間接（通過SNAP）用光敏開關染料標記蛋白，從而獲得二維，和三維的活細胞超高分辨率成像，這些成像成果將有利于進一步分析研究活體細胞內部活動，而且這一方法也為科學家們分析活細胞超微結構打開了一扇窗。