【2016中國光學重要成果推薦】北京大學席鵬課題組開發(fā)了一種鏡面增強的超分辨顯微技術，該技術能夠將傳統的共聚焦系統轉變?yōu)檩S向超分辨系統。同時，這一技術能夠大幅提升STED超分辨的分辨率。利用這一技術，研究者首次揭示了細胞核孔和病毒絲的超分辨精細結構。

鏡子或許是人類最早發(fā)明的光學器件。迄今為止，它仍然在我們日常生活中扮演著重要角色。通過將一個簡單的反射鏡面引入生物樣品平臺當中，北京大學席鵬課題組解決了一個長期以來困擾科學家的問題：將顯微鏡的三個維度的分辨率同時提升，以便對細胞進行更好地觀察。

通常，顯微鏡由于僅能收集朝向探測器傳播的光，因而便損失掉了透過樣品的光，由此造成軸向分辨率（600 nm以上）比水平分辨率（200 nm）要低。那么能否實現有效利用透射光以提高顯微系統的分辨本領？

該課題組所發(fā)展的鏡面增強技術（MEANS）巧妙地利用了透射光與入射光的干涉效應，從而實現了軸向分辨率的大幅提高。在實驗中，通過在樣品上方加裝一面反射鏡，當透射光到達鏡面后會發(fā)生反射。反射波會和入射波發(fā)生相互干涉，形成一層約100 nm的干涉增強層。干涉增強層將成像平面約束在其中，由此導致該技術所達到的軸向分辨率與傳統的共聚焦顯微技術相比提升了6倍。

MEANS技術與另一種利用倏逝波實現近場約束的顯微手段——TIRF技術形成了互補，二者結合可以將處于細胞不同層面的精細結構清晰地顯示出來（圖）。相關工作發(fā)表在Light: Science & Applications [5, e16134 (2016)]上。

值得一提的是，MEANS技術只要求稍微改變樣品制備過程（將鏡子加入樣品后方），且不需要改變系統的光路，因此可以與幾乎所有共聚焦技術完美地結合。該研究團隊在多色共聚焦、轉盤式共聚焦、多光子等不同系統上應用這一方法都成功地實現了軸向超分辨。

MEANS技術的另一個特點是，將其與STED超分辨技術結合后，不僅能夠提升STED的軸向分辨率，同時能夠使得STED在不增加光強的條件下，橫向分辨率也得到提升。

由于STED的分辨率與光場強度呈根號反比的關系，而MEANS通過干涉增強，能夠使光場強度提高3.6倍，也即是說，在不增加入射光強的前提下，分辨率便能夠提升約2倍。這一發(fā)現對于生物樣品成像的應用至關重要。

該研究工作利用MEANS增強的STED實現了19nm 的分辨率。這也是STED超分辨在生物樣品上達到的分辨率的最高紀錄。利用三維分辨率的提升，研究人員還揭示了人類呼吸道合胞體病毒絲的精細結構，這是常規(guī)超分辨技術所無法觀測到的。

該成果發(fā)表后，得到了Nature Photonics的亮點報道，以及多家國際媒體如ScienceDaily, BioOpticsWorld, Nanotechnology World等的高度評價。

論文鏈接：

http://www.nature.com/lsa/journal/v5/n6/abs/lsa2016134a.html