成像技术的重大突破

　　

哈佛大学的一个研究小组最近开发出一种新的显微技术，能帮助科学家看到过去无法检测的非荧光分子。此项重要突破发表在10月22日的《Nature》杂志上。

荧光大家都不陌生，就是荧光基团吸收光能，跃迁到激发态。激发态的寿命很短暂，通常只有1到10纳秒。在这段时间内，荧光基团经历了构象的改变，并与它所处的分子环境发生了大量的相互作用。然后，荧光基团释放出光子能量hνEM，回到基态S0。由于能量损耗，光子的能量减少，发射波长总是大于其激发波长。

Sunney Xie领导的小组研究了血红蛋白分子，它们吸收光能，却不发出荧光。血红蛋白中的电子将光能转化成热量，从而释放。为了检测这些不发荧光的分子，Xie的小组开发出一种基于受激发射（stimulated emission）的新型显微镜。当处于激发态的电子被正常能量水平的光子干扰时，回到基态，并发射光子。研究人员利用同步的输入和输出脉冲序列，记录了受激发射的信号。输入脉冲序列中的光能强度调成5 MHz，来产生受激发射。每个脉冲序列会持续约10-15秒。非荧光分子就会产生过去无法看见的图像。

该方法的灵敏度比吸收方法高几个数量级，不受样品中其他发色团的干扰，而且适用于三维切片观测。重要的是，所有分子都是“受激发射显微镜”的潜在观测目标，所以它可用来对不发荧光的物质进行成像观测。

尽管研究人员称存在光子损害的可能，且此系统的费用还需要进一步降低，才能大规模应用，但这项研究仍是一项很重要的突破。美国国家自然科学基金会化学司的项目主管Zeev Rosenzweig认为：“毫无疑问，此项研究提供了一种独特的方法，对目前的光学显微镜无法成像的多种分子进行成像。”

如今的成像技术，如核磁共振成像或CT扫描，都没有观察微小结构所需的空间分辨率，还需要额外的造影剂来生成图像。常用的荧光标记，如绿色荧光蛋白可能会干扰精密的生物通路，尤其当GFP比成像的分子大得多的时候，因此Xie的新技术在这方面也是重要突破。

此项技术的一个可能应用是绘制不发荧光的药物到达靶细胞的路线。它还能用于观察小的结构，如血管或单个毛细管。（生物通 余亮）

原文摘要：

Imaging chromophores with undetectable fluorescence by stimulated emission microscopy

Nature 461, 1105-1109 (22 October 2009) | doi:10.1038/nature08438