光调FP驱动的超分辨率显微镜时空分辨率提升策略

在过去的二十年里，随着超分辨率（Super-Resolution, SR）显微镜技术的飞速发展，科学家们致力于突破光学衍射极限，通过运用亚衍射激发来空间调制荧光发射。这一突破的关键在于利用光调控荧光蛋白（Photomodulatable Fluorescent Proteins, FP）。FP是一种特殊的生物分子，它们能够响应特定波长的光，通过激活机制产生随机或有序的亚衍射激发模式，从而显著提升光学成像的分辨率。 在本文中，作者 Mingshu Zhang、Zhifei Fu 和 Pingyong Xu 主导了对新型光调控荧光蛋白及其在超分辨率显微镜中的应用进行的深入探讨。他们重点关注了近年来研发的这类FP，以及这些FP在诸如Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (STORM), Photoactivated Localization Microscopy (PALM), 和 Stimulated Emission Depletion (STED)等常用超分辨率技术中的应用策略和优化概念。 这些技术的核心原理是利用短曝光时间下的高强度激光脉冲激活FP，使得只有被照射到的局部区域才会发出荧光，而未被照射的部分则保持暗背景。在STORM中，FP在每次激发后回到非荧光态，这样可以实现几乎无背景的成像；在PALM中，FP通过随机激活，每次激发产生一个局部荧光点，多个帧的叠加重建出高分辨率图像；而在STED中，通过精确控制激发光的空间分布，消除未被激活区域的荧光，从而实现空间上的超分辨率。 优化这些技术的关键在于选择合适的FP类型（如绿色荧光蛋白的突变体，如GFP、YFP或更复杂的结构），设计高效的激发和检测系统，以及精细调节激发参数，如激光功率、频率和脉冲宽度，以达到最佳的分辨率和信噪比。此外，为了在活细胞和组织中应用，还需要考虑FP的稳定性和生物兼容性。 这篇综述旨在概述光调控荧光蛋白在提升超分辨率显微镜时空分辨率方面的作用，以及如何通过创新的策略和技术实现更精确的细胞和分子层面的成像，这对于理解生物学过程、生物医学研究以及纳米科技的发展具有重要意义。随着科技的进步，这些方法将继续推动我们探索微观世界的极限，揭示更多隐藏在常规显微镜视野之外的细节。