麻省理工新技术：纳米级成像不再依赖超显微镜

在细胞中对纳米级结构进行成像的经典方式是借助高功率且昂贵的超分辨率显微镜。

作为一种替代之选，麻省理工学院的研究人员研发出了一种在成像前拓展组织的办法——该技术让他们能够利用常规光学显微镜达成纳米级分辨率。

在这项技术的最新版本里，研究人员已经能够在一个步骤中把组织扩大 20 倍。

这种既简单又廉价的方法能够使几乎任何生物实验室开展纳米级成像。

凭借这种技术所实现的分辨率约为 20 纳米，科学家能够看到细胞内的细胞器和蛋白质簇。

经过 20 倍的膨胀，研究人员可以使用常规的光学显微镜来分辨约 20 纳米大小的东西。

这使他们能够看到像微管和线粒体这样的细胞结构，以及蛋白质簇。

在新的研究中，研究人员着手仅通过一个步骤实现 20 倍的膨胀。

这意味着他们必须找到一种既具有极强吸水性又机械稳定的凝胶，这样它在膨胀 20 倍时才不会散开。

他们利用由 N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）和丙烯酸钠组合而成的凝胶来达成这一目的。

和之前那种依靠添加另一种分子在聚合物链之间形成交联的膨胀凝胶不一样，这种凝胶能够自发形成交联，还展现出强大的机械性能。

这种凝胶成分此前已在膨胀显微镜方案中得到应用，不过所得凝胶仅能膨胀约十倍。

麻省理工学院的团队对凝胶和聚合过程进行了优化，让凝胶更加坚固，并且能够允许膨胀 20 倍。

为了进一步稳固凝胶并增强其重现性，研究人员在凝胶形成之前将聚合物溶液中的氧气去除，以防止干扰交联的副反应。

此步骤需要让氮气通过聚合物溶液，这样就能取代系统中的大部分氧气。

一旦凝胶形成，维系组织的蛋白质中的特定键会断裂，接着加水让凝胶膨胀。膨胀之后，就能够对组织中的目标蛋白质进行标记和成像。

使用这种技术，研究人员能够对脑细胞内的许多微小结构进行成像，包括突触纳米柱。

这些是在神经元突触处按特定方式排列的蛋白质簇，能让神经元借助分泌诸如多巴胺之类的神经递质来相互交流。

在针对癌细胞的研究里，研究人员还对微管进行了成像——微管属于空心管，有助于赋予细胞结构，且在细胞分裂中起着重要作用。

他们还能够看到线粒体（能产生能量的细胞器），甚至单个核孔复合物（控制进入细胞核的蛋白质簇）的组织情况。

研究人员当下正在运用这种技术给在细胞表面发现的被称作聚糖的碳水化合物进行成像，并且助力控制细胞与环境的相互作用。

这种方法也可用于给肿瘤细胞成像，让科学家能够比以往更轻松地了解这些细胞内蛋白质的组织方式。

研究人员认为，任何生物学实验室都应当能够以低成本运用这种技术，因为它依靠标准的现成化学品以及常见设备，像共聚焦显微镜和手套箱，这些大多数实验室要么已经拥有，要么能够轻松获取。