可用于三维分子结构快速分化的超分辨显微镜方法

图：将pMINFLUX与石墨烯能量转移相结合，实现精确的3D定位。来源：Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01111-8

       超分辨率显微镜技术对于揭示细胞结构和分子动力学至关重要。自从研究人员克服了长期以来被认为是绝对的250纳米左右的分辨率限制（同时，他们的努力获得了2014年诺贝尔化学奖），显微镜的方法得到了快速发展。

       现在，由LMU化学家Philip Tinnefeld教授领导的团队通过各种方法的组合取得了进一步的进展，在三维空间中实现了最高分辨率，并为快速成像致密分子结构的全新方法铺平了道路。新方法允许轴向分辨率低于0.3纳米。

       研究人员将Tinnefeld团队开发的所谓pMINFLUX方法与利用石墨烯特殊性质作为能量受体的方法相结合。pMINFLUX基于激光脉冲激发的分子荧光强度的测量。该方法使得能够以仅1纳米的分辨率区分它们的横向距离。

       石墨烯吸收距离其表面不超过40纳米的荧光分子的能量。因此，分子的荧光强度取决于其与石墨烯的距离，并可用于轴向距离测量。

图：a、 pMINFLUX用多个空间位移的环形光束询问荧光团的位置，并产生纳米级精度的2D荧光寿命图像。b、 石墨烯提供了一种测量石墨烯轴向距离的方法。荧光寿命越短，荧光团越接近石墨烯。c、 将pMINFLUX的横向信息与轴向石墨烯距离信息相结合实现3D定位。

       因此，pMINFLUX与这种所谓的石墨烯能量转移（GET）的结合提供了所有三维中分子距离的信息，并以迄今为止可达到的最高分辨率（小于0.3纳米）实现了这一点。“GET-pMINFLUX的高精度为改进超分辨率显微镜技术打开了新方向，”该论文的主要作者Jonas Zähringer说。

       研究人员还利用这一点进一步提高了超分辨率显微镜的速度。为此，他们利用DNA纳米技术开发了所谓的L-PAINT方法。与DNA-PAINT（一种通过荧光染料标记的DNA链的结合和解结合实现超分辨的技术）不同，L-PAINT中的DNA链具有两个结合序列。

       此外，研究人员设计了一个结合层次，使得L-PAINT DNA链在一侧结合的时间更长。这允许链的另一端以快速的速度局部扫描分子位置。

       “我们的GET-pMINFLUX和L-PAINT的结合使我们能够在分子水平上研究结构和动力学，这对我们理解细胞中的生物分子反应至关重要。”

1. Jonas Zähringer et al, Combining pMINFLUX, graphene energy transfer and DNA-PAINT for nanometer precise 3D super-resolution microscopy, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01111-8