活体细胞内分子荧光成像与非标记检测技术进展

"这篇论文是关于细胞内分子检测及成像技术的研究，主要涉及活体细胞的高时空分辨率成像，聚焦于荧光显微成像和非标记检测技术的最新进展。研究团队通过结构光照明和单分子定位显微等方法提升了成像分辨率，并解决了厚样品成像中的荧光串扰问题。此外，他们还探索了相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术，以获取更全面的物质分子光谱，并实现了时间分辨CARS，以提高探测灵敏度。" 本文详细阐述了在复杂生物学系统研究中，如何利用远场荧光成像技术对活体细胞内的分子进行高时空分辨率的可视化、跟踪和定量分析。荧光显微成像是目前这一领域的核心工具，但其分辨率受限。为了突破这一限制，研究者们研究了结构光照明和单分子定位显微技术。在结构光照明显微研究中，采用可编程的数字微镜器件替代传统光栅，成功实现了超分辨显微成像。在单分子定位显微成像方面，建立了能实现48nm分辨率的系统，能够清晰呈现HeLa细胞突起中的微丝结构。 面对厚样品成像时的荧光串扰问题，研究团队提出了双波长空间非相干光干涉照明的解决方案，理论上可以实现对特定厚度薄层的轴向选择性激发，有效降低了串扰影响。 在非标记检测成像技术领域，研究集中于解决相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)方法中的挑战。通过使用飞秒激光脉冲泵浦光纤产生超连续谱激光，作为泵浦光和斯托克斯光，实现了超宽带时间分辨CARS光谱探测和成像，提高了探测的光谱范围和灵敏度。通过数值模拟和实验，优化了超连续谱激光的时谱结构，减少了非共振背景噪声，增强了系统的探测能力。 通过超宽带时间分辨CARS光谱探测和显微成像技术，研究者获取了多种有机溶液的CARS光谱信号，光谱分辨率达到了14cm-1，覆盖了387-4092cm-1的范围。同时，他们提出了利用双探测光实现超分辨CARS显微成像的策略，这为未来细胞内分子成像技术的进一步发展奠定了基础。 这篇论文展示了在细胞内分子检测和成像领域的最新科研成果，不仅提升了成像的分辨率和选择性，而且在非标记检测技术上取得了显著进步，对生物医学研究和光学成像技术的发展具有重要意义。