仿生水凝胶结构特性的超分辨率荧光成像-生物通.pdfVIP

2015 年 第 60 卷 第 13 期： 1191 ~ 1196 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 仿生水凝胶结构特性的超分辨率荧光成像 * 张国峰, 陈瑞云, 高岩, 于波, 秦成兵, 肖连团, 贾锁堂 山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006 * 联系人, E-mail: xlt@ 2014-10-14 收稿, 2014-12-09 接受, 2015-04-10 网络版发表 国家重点基础研究发展计划(2012CB921603)、国家高技术研究发展计划(2011AA010801)、国家自然科学基金 、国家国际科技合作专项(2001DFA12490)、国家自然科学基金创新研究群体科学基金、长江学者和创新团 队发展计划(IRT13076)、教育部博士点基金(20121401120016)和山西省留学回国人员科技活动择优项目资助 摘要 基于聚异氰缩氨酸合成的热功能化的仿生水凝胶具有与细胞骨架中的肌动蛋白丝、中间 关键词 丝相同的结构特性, 在生物医学领域中具有广阔的应用前景. 本文将荧光探针分子ALEXA647 仿生水凝胶 标记在仿生水凝胶的聚合物链上, 利用全内反射荧光显微镜进行荧光成像, 并采用超分辨率光 聚合物链 学波动成像的方法(SOFI)对仿生水凝胶的荧光成像进行超分辨率成像分析. 通过SOFI成像及反 超分辨率 荧光成像 卷积处理获得了高分辨率、高信噪比和高对比度的仿生水凝胶荧光成像. SOFI成像使得水凝胶的 光学波动 网状结构和各聚合链之间的绑定方式实现了可视化, 研究发现较高的聚合物链溶液浓度不会形 成更粗的聚合链绑定, 而是使绑定形成的网状结构的孔径更小. 另外观测了溶液环境下的仿生 水凝胶的特性. 细胞中的蛋白纤维网络结构是构成细胞的骨架, 通常原子力显微镜(AFM)被用来研究仿生水凝 主要包括微管、肌动蛋白丝及中间丝等[1]. 细胞骨架 胶的结构特性[5]. AFM成像虽然可以获得聚合物链的 能够维持细胞形态、承受外力和保持细胞内部结构的 绑定数目, 但是其扫描速率较慢、成像范围较小且不 有序性. 细胞骨架同时也参与许多重要的生命活 能够实时追踪样品的动态转变过程, 而光学成像的 动[2], 如在细胞分裂中细胞骨架牵引染色体分离; 在 方法可以弥补这些不足. 但是由于受到光学衍射极 细胞物质运输中各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架 限的影响, 远场显微镜的分辨率只能达到约300 nm. 定向转运; 在肌肉细胞中细胞骨架和它的结合蛋白 这样的分辨能力对于细胞、组织等微观生物样品的成 组成动力系统; 在白细胞的迁移、精子的游动、神经 像是远远不够的. 近年来人们根据具体的实际需要 细胞轴突和树突的伸展等生命活动都与细胞骨架有 已经开发了几种能够突破光学衍射极限的超分辨率 关. 人造的细胞骨架仿生水凝胶[3~5]具有与细胞骨架 荧光成像方法, 如受激辐射损耗显微镜(STED)[11,12] 、 相同的形状尺寸、绑定方式、力学特性和解聚性质 基态损耗显微镜[13] 、结构照明显微镜(SIM)[14,15]和成 等. 仿生水凝胶已经被应用于药物的传输体系,