時間閘門開啟光學顯微鏡超解析時代
- 上線日期：2012/1/2 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
德國馬克斯普朗克學會(Max Planck Society)和顯微鏡製造商萊卡(Leica)聯手促成超解析顯微技術的商品化。此技術採用的十多年前由Stefan Hell等人發展出來的受激放射耗乏(stimulated emission depletion, STED)，能突破光學繞射的限制，觀察到比以往更小的物體。
光學顯微術可以用來研究自然環境中的活細胞，因此為生物學家所偏好。然而傳統光學顯微鏡受繞射的限制，只能解析約200 nm的物體。約10年前，Hell等人發明了STED並取得突破性進展。STED是建立在螢光光譜技術上，首先將欲觀察的目標接上螢光染料，再將樣品置於共焦顯微鏡下，共焦特性(以針孔做為空間濾光器放置在共焦點位置)確保只有樣品上極小區域的螢光會被收集，接著對樣品進行掃描，即可得到傳統的共焦影像。
一般來說，此技術的解析度取決於用來激發螢光分子的雷射光點(laser spot)大小，因此不可能小於繞射極限，但Hell想出一個聰明的方法來縮小雷射光點的有效尺寸，作法是以另一道雷射(用來產生耗乏區)照射到第一道雷射(用來激發螢光)上。第二道雷射可迫使被第一道雷射激發的電子經由受激輻射(stimulated emission)快速回到基態，阻止這些電子經由自發輻射(spontaneous emission)放出螢光。由於第二道雷射的強度分布呈甜甜圈狀，也就是外圍強中心弱，只有第一道雷射中心部分會藉由自發性輻射產生螢光，因此可藉由這兩道雷射來產生比繞射極限更小的有效雷射光點。
利用共焦顯微鏡結合STED可以得到約50-70 nm的橫向解析度，最近Hell等人又發明讓解析度更上層樓的新方法。通常STED是利用連續波模態(continuous wave mode)的雷射來造影，然而研究人員發現第二道雷射需花費數奈秒來完成耗乏，也就是說在此段時間之前收到的光子(早期光子)會造成影像模糊。
為了解決這個問題，該團隊結合時間閘門(time gating)與STED發展出g-STED，來排除早期光子，得到小於50 nm的解析度。此技術的另一個優點是能以較少光子獲得高解析影像，因此可縮短影像擷取時間，進而減少樣品(尤其是活細胞)被強光照射產生的損害。g-STED不僅提供更好的空間及時間解析度，而且可以將現有的STED儀器直接升級成g-STED。詳見Nature Methods 8, 571–573 (2011)。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/47957
譯者:院繼祖(中央研究院應用科學研究中心)
責任編輯:劉家銘
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