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University of Rochester和法国Fresnel Institute的研究人员研究出了一种方法能够可视化分子的位置和在3D 中的方向，以及它们的振荡。当细胞和调节其功能的蛋白质对COVID-19病毒做出反应时，该技术可以更深入地了解相关的生物过程。
这项技术，即位置和高度超分辨率成像与抖动和定向(CHIDO)，是由共同第一作者Fresnel Institute Sophie Brasselet组的博士生Valentina Curcio 和University of Rochester Miguel Alonso组的博士生Luis A. Aleman-Castaneda 共同设计的，它是基于大约20年前Thomas Brown制作的器件。
空间变化的双折射相位板具有三角对称性的双折射分布。实际上它可以产生各种极化状态的光束。J. Adam Fenster / University of Rochester供图。
CHIDO 具有 一个玻璃板，它的的周围受到均匀的物理压力。这个器件被放置在荧光显微镜背面的 Fourier 平面上，能够将单个分子的图像转换为扭曲的焦点。分子的形状直接编码为3D信息。显微镜结合CHIDO技术接下来能够精确监测单个细胞的位置，方向和振荡。Fresnel Institute的主管Brasselet说当一种蛋白质形状改变时，它揭露其它原子增强了其生物过程，因此蛋白质形状的变化对细胞内的其它过程有明显的影响。监测这种形状变化的一个方法就是使用CHIDO来观察与研究蛋白质附着的荧光分子的方向。
空间变化的双折射相位板具有三角对称性的双折射分布。实际上它可以产生各种极化状态的光束。“这是光学的美之一，” Brown说。“如果你有一个器件可以创建任何的极化状态，那么你也有一个器件可以分析任何极化状态。”这个器件起源于对光束中异常极化模式的研究，其中一些光束会呈现出辐条型径向模式。博士生Kathleen Youngworth在实验台上演示，当高度聚焦时，光束会表现出极化成分，这些极化成分几乎指向三维的任何方向。
另一位博士候选人Alexis (Spillman) Vogt试图通过在玻璃容器的边缘施加物理应力来复制这种效果。Brown 说：“当你加热金属时，金属的膨胀速度比玻璃快,因此你可以把玻璃和金属加热到非常热，然后把玻璃插入到金属中间，当它冷却时，金属会收缩，它会在玻璃的外围产生巨大的应力。”
小组接着制造了一系列样品并将它们装在金属环中，这样它们可以与共焦显微镜一起使用，其中涉及到对部件进行加热。在这个过程中小组成员无意中对其中 一个玻璃板施加的压力比要求的多, 当其中一个成员处理它时，玻璃板明显表现出不寻常的特性。Rochester的研究人员引入了术语“应力工程光学（stress engineered optic）”来描述这些现象。后来他们意识到这些操作窗口可以用来探索显微镜中额外的概念甚至是未经测试的概念。
这项研究成果发表在《Nature Communications》上(www.doi.org/10.1038/s41467-020-19064-6).
