新型顯微鏡推動(dòng)生物學(xué)的發(fā)展

歐洲生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室（EMBL）的物理學(xué)專家發(fā)明了一種巧奪天工的顯微鏡，這種顯微鏡能使研究人員比以往更深入地觀察生活著的有機(jī)體。毫無(wú)疑問(wèn)，這項(xiàng)新技術(shù)將成為現(xiàn)代生物實(shí)驗(yàn)室中的一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。相關(guān)文章發(fā)表在8月13日的Science上。

這個(gè)顯微鏡叫做SPIM(選擇性平面照明顯微鏡，Selective Plane Illumination Microsocopy)，它使研究人員第一次能夠在真實(shí)的環(huán)境下從不同的角度研究活的體系，而且對(duì)樣品的破壞非常小。

“多年來(lái)，我們看到目前的顯微鏡無(wú)法滿足研究人員的需要。因此，我們和EMBL的生物學(xué)家一起設(shè)計(jì)了SPIM，并確保能完全符合他們的需要，”EMBL的專家Ernst Stelzer說(shuō)?！斑@個(gè)新的顯微鏡容易構(gòu)建，其成本是目前工藝的三分之一。精度提高5倍（improved resolution by a factor of about five）”

SPIM使研究人員能在一種模仿真實(shí)條件的介質(zhì)中觀察相對(duì)較大的樣品（2－3毫米），而無(wú)需將樣品切碎和將樣品固定在玻片上（而玻片固定是目前所有顯微鏡技術(shù)必須的）。SPIM投射超薄的光層通過(guò)樣本，移動(dòng)通過(guò)超薄光層的樣本形成每一層的圖象。SPIM不會(huì)模糊光線，因此使樣品的影像更為清晰銳利，而沒(méi)有通常的背景影響。觀察結(jié)束后，完整的樣品還可以繼續(xù)存活生長(zhǎng)――這是目前的顯微鏡技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。SPIM還因使用超薄層光（thin slices of light）“掃描”樣品，而非全部聚焦整個(gè)樣品，因而將光線造成的損傷Zui小化并有助于延續(xù)樣品的生命。整個(gè)觀測(cè)過(guò)程非常迅速，幾分鐘內(nèi)就能獲得詳細(xì)的影像。為了進(jìn)一步提高分辨率并校正偏差，SPIM能將樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并再次掃描。不同觀察角度的結(jié)合能產(chǎn)生一個(gè)無(wú)以倫比的三維圖象。

博士生Jan Huisken認(rèn)為SPIM是科學(xué)研究和顯微鏡領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。Ernst Stelzer說(shuō)，“這項(xiàng)工藝對(duì)發(fā)育生物學(xué)研究和三維細(xì)胞培養(yǎng)觀察的意義尤其重大。利用SPIM，研究人員能獲得其它方法得到的影像?！?br/>
歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室EMBL的物理學(xué)家發(fā)明了一種新型顯微鏡，使得科學(xué)家能比以往更加深入地考察有機(jī)活體。這一新發(fā)明無(wú)疑將成為現(xiàn)代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，8月13日出版的Zui新一期《科學(xué)》周刊刊發(fā)文章描述了這種顯微鏡的諸多優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。

這種新型顯微鏡名叫選擇性平面照射顯微鏡(SPIM)，它第一次實(shí)現(xiàn)了讓科學(xué)家在實(shí)際樣本不受破壞的條件下從不同角度研究活的生命體系。

據(jù)主要設(shè)計(jì)人員之一Ernst Stelzer介紹，多年來(lái)科學(xué)界一直苦于現(xiàn)有的顯微鏡不能滿足生物學(xué)研究的需要。現(xiàn)在EMBL的物理學(xué)家和生物學(xué)家共同合作，力求設(shè)計(jì)出的新型顯微鏡能夠完全滿足生物學(xué)家的需要。新顯微鏡易于組裝，成本只及現(xiàn)有設(shè)備的1/3，分辨率卻提高了5個(gè)數(shù)量級(jí)。

SPIM使得科學(xué)家能夠在模擬實(shí)際狀況的介質(zhì)條件下觀察較大樣本(2mm～3mm)，而無(wú)需如操作傳統(tǒng)顯微鏡那樣，將樣本切割或破壞后固定到載玻片上。它發(fā)出極細(xì)的一束光穿過(guò)樣本，通過(guò)精心操縱樣本在不同光平面中的移動(dòng)，獲取樣本每一層的圖像。聚焦區(qū)域以外沒(méi)有其他光線，因此SPIM成像非常鮮明，沒(méi)有通常的背景模糊現(xiàn)象。整個(gè)樣本可以在顯微鏡下繼續(xù)存活生長(zhǎng)，這是使用現(xiàn)有顯微鏡無(wú)法做到的。通過(guò)采用細(xì)束的光而不是將整個(gè)樣本瞬間置于強(qiáng)光照射之下，SPIM同時(shí)也減小了光致?lián)p害，使樣本生命得以延長(zhǎng)。拍攝過(guò)程也十分迅速，數(shù)分鐘內(nèi)就可獲得詳盡的照片。這種顯微鏡還可以通過(guò)調(diào)整視角進(jìn)一步提高分辨率和修正失真，只需旋轉(zhuǎn)樣本再次掃描即可。EMBL的物理學(xué)家還完成了成像處理工作，通過(guò)不同視角圖像的組合創(chuàng)建了獨(dú)一無(wú)二的三維圖像。

在EMBL的研究人員看來(lái)，SPIM的誕生對(duì)于基礎(chǔ)研究和顯微技術(shù)而言都是一個(gè)重要突破。因?yàn)樗粌H比現(xiàn)有的顯微技術(shù)更加強(qiáng)有力，而且為生物學(xué)家研究完整生物系統(tǒng)提供了銳利武器。Ernst Stelzer強(qiáng)調(diào)說(shuō)，SPIM對(duì)于發(fā)育生物學(xué)研究和觀察細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)特別有價(jià)值，科學(xué)家藉此可以獲得以往不可能得到的圖像，因此它必將拓展人類科學(xué)研究的能力。