光学显微镜如何解决一个常见的实验室问题
研究人员经常在显微镜下研究生物分子(尤其是蛋白质)的行为，希望确定特定蛋白质的功能。为了使追踪蛋白质更容易，研究人员经常添加分子标签。与传统的纸质标签不同，大多数人一提到分子标签就会想到，分子标签利用染料或共价键将荧光酶、放射性酶或报告酶分子附着到目标蛋白质上。
理解标记成像的优点和缺点可以揭示为什么像显微镜这样的方法是优秀的蛋白质的特性跟踪活细胞内的蛋白质运动。
标记成像的缺点
虽然这些标记物使研究人员更容易跟踪目标蛋白质，但也有缺点。一些染料和荧光灯干扰正常的细胞功能，这可能使蛋白质行为的研究无关紧要。另一些则会产生过多的荧光，使蛋白质和其他细胞部分难以区分，甚至会受到周围光线的光漂白。
因此，研究人员已经开发出研究组织结构、蛋白质行为和其他现象的方法，而不需要在实验室样品中添加荧光标记或染料。这些无标签成像技术消除了更侵入性的标签对样品本身以及对成像产生的负面影响。这些技术主要依靠光学显微镜的使用。
光学显微镜
使用光学显微镜来研究细胞和蛋白质的行为并不是什么新鲜事。然而，用于制作研究材料图像的激光技术的进步，导致了图像质量的急剧提高。此外，成像是无创的，对所研究的细胞材料产生的影响很小。
首先，这些成就需要使用双光子激发荧光显微镜技术，这种技术使用精确、超快的激光来提供蛋白质或其他细胞部件之间的对比。这种激光通常在红外水平上工作，脉冲两个或更多的光子非常快地激发荧光团化合物。作为回应，这些化合物释放一个光子，在可见光谱上发光。
选择正确的技术
与任何发光过程一样，散射——周围其他化合物产生的光的再吸收和再发光——必然会发生。一些无标签的方法，如光学相干层析成像，利用这种散射来重建从散射模式产生的图像。其他方法，如二次谐波显微镜(宋惠乔)和三次谐波显微镜(THG)，涉及非线性光散射过程，而红外显微镜使分子中的化学键振动。
另一种令人兴奋的技术是干涉散射显微镜，它通过收集散射光和参考光场一起工作。研究人员用激光提供的参考来测量光散射引起的干扰，从而可以对小至50千道尔顿的蛋白质进行成像。
根据研究目标的不同，一种技术可能比另一种更可取。例如,THG它的用途相当广泛，但不能在活样品中广泛使用，因为它的电离辐射会不可逆转地损害细胞。对于实验室来说，为手头的工作选择正确的波长也是很重要的，因为特定的波长可以减少光损伤，并且是延时成像的首选波长。
持续的进步
许多实验室结合使用两种、三种或更多的这种技术，这取决于他们想要达到的结果。随着光学显微镜领域的研究和发展，科学家们希望完善多模态技术，使实验室能够在不相互干扰的情况下，同时利用每种技术的所有最佳方面。这些努力的持续进展可能会导致一种微创、非干扰、无标签的方法，从而从给定的样本中获得尽可能多的信息。
来源:
https://www.nature.com/articles/s41592-019-0664-8
https://en.wikipedia.org/wiki/Interferometric_scattering_microscopy
https://www.toptica.com/applications/optical-microscopy/multiphoton-microscopy/
反应