電子顯微鏡拍出細(xì)胞彩照！

1、.#:第4頁(yè)電子顯微鏡拍出細(xì)胞彩照！想象一下，假設(shè)世界失去了色彩，只剩下黑白灰的組合，我們眼前的風(fēng)景會(huì)變成什么樣？在電子顯微鏡下，我們所能看到的就是這樣一個(gè)世界。電子顯微鏡能幫助我們觀察微小的病毒、細(xì)胞超微構(gòu)造，但它只能得到黑白的灰度圖片。而在最近，加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的研究者們研發(fā)了一種新技術(shù)，使得“用電鏡拍彩照成為了可能。他們用特殊染料標(biāo)記樣品，得到了多色的電鏡成像，這是怎么做到的呢？沒有色彩的電鏡世界在過去，光學(xué)顯微鏡帶著著人們第一次走進(jìn)了肉眼不可區(qū)分的微觀世界，微生物和各種生命體內(nèi)的微觀構(gòu)造開場(chǎng)為人所知。不過，當(dāng)人們需要觀察更加微小的構(gòu)造時(shí)，光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)就顯得不夠用了：受

2、到衍射的影響，光學(xué)顯微鏡的分辨極限大約在200 nm，在此根底上即使再去放大，也無法看到明晰的成像了。為進(jìn)一步進(jìn)步分辨率，科學(xué)家們就用波長(zhǎng)短得多的電子束替代了可見光，制造出了電子顯微鏡。電子顯微鏡使微觀成像的分辨到達(dá)了 0.1 nm，這項(xiàng)重要的技術(shù)的研發(fā)者1986年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，電子顯微鏡也有自己的缺點(diǎn)：這是一個(gè)沒有色彩的黑白世界。可見光有不同色彩，我們也可以很方便地給生物組織的特定成分加上染色或是熒光標(biāo)記。而電鏡獲得的圖像是反映電子多少即亮度的“灰度圖，其中沒有色彩信息。當(dāng)然，人們可以給電鏡圖片進(jìn)展后期上色，但這樣的上色并不能選擇性地突出所要觀察的構(gòu)造。假如原圖中的灰度差異不大

3、，后期上色也會(huì)很難將它們分開。這張色彩夢(mèng)幻的噬菌體圖片來自透射電子顯微鏡，它的顏色就是“偽彩色。為了讓電鏡圖片更加“突出重點(diǎn)，科學(xué)家們已經(jīng)做出了很多努力，例如參加重金屬來進(jìn)步“比照度。生物主要是由碳?xì)溲醯@樣比較輕的元素構(gòu)成，電子透過得到的圖像比照度較低就像是一幅淡淡的鉛筆畫。而假如用重金屬如鋨、鈾或者鉛把背景染成深色，或是讓它們與脂質(zhì)或蛋白質(zhì)進(jìn)展結(jié)合，就可以得到更加黑白清楚的圖像。但是，這樣做仍然無法重點(diǎn)區(qū)分特定的生物分子。還有科學(xué)家嘗試將這些重金屬顆粒與抗體結(jié)合，讓它們結(jié)合到特定的生物分子上去，但這種“標(biāo)簽難以進(jìn)入細(xì)胞，因此適用范圍還是有限。為黑白圖像染上“顏色而這一次，研究者們帶來了一些

4、為電鏡圖片“染色的新思路。他們給染料分子連上了不同的鑭系金屬元素，并讓這些染料沉淀到特異性標(biāo)記的周圍。雖然電子顯微鏡下仍然沒有真正意義上的色彩，但通過投射電子的能量損失不同，這些染料可以產(chǎn)生彼此區(qū)分的信號(hào)。這樣一來，就相當(dāng)于給樣品加上了不同的色彩標(biāo)簽。研究者們將顯色劑二氨基聯(lián)苯與鑭系金屬耦合在一起，作為電子顯微鏡的“特制染料。想要標(biāo)記生物分子時(shí)，就給對(duì)應(yīng)的抗體連上熒光集團(tuán)或是氧化酶分子，再通過光或者酶來誘發(fā)反響，讓染料沉積到目的周圍。在完成“染色之后，再按照常規(guī)的氧化鋨負(fù)染以增強(qiáng)比照度，進(jìn)展電鏡成像。Ln-DAB2染料和染色方法：用帶有氧化分子紅色為熒光分子，綠色為辣根過氧化酶的抗體特異性標(biāo)記

5、目的分子圖中為紅色標(biāo)記線粒體和綠色標(biāo)記核膜，分別讓不同的Ln-DAB2染料在抗體附近原位氧化沉淀。再經(jīng)過常規(guī)樣品處理并分別成像，使用計(jì)算機(jī)處理得到彩色圖像。在成像時(shí)，研究者用一束動(dòng)能一致的電子投射到樣品上。當(dāng)電子通過樣品時(shí)，會(huì)與其中的原子發(fā)生碰撞，進(jìn)而損失一部分能量，在用不同染料處理過的地方，電子的能量損失會(huì)產(chǎn)生明顯的差異。通過檢測(cè)這些差異，就可以讓染色位置從背景中脫穎而出了。通過計(jì)算機(jī)處理，將不同染料對(duì)應(yīng)的信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成不同的偽彩色，再與原始的黑白電鏡圖片疊加，這樣就得到了我們?cè)陂_頭處看到的電鏡彩照。彩色電鏡分別成像：A為傳統(tǒng)電鏡圖；C和D分別為標(biāo)記的線粒體和細(xì)胞膜；E是偽彩疊加圖鬧了半天，顏色還是“假的？確實(shí)，區(qū)分了能量差異，電子束仍然沒有真正的顏色。不過，與“純靠想象的后期上色相比，染料的標(biāo)記還是起了很大作用。論文作者證明，這種方法可以分別用于細(xì)胞和組織的染色，并足以將不同的分子標(biāo)記從傳統(tǒng)的黑白電鏡成像中別離出來。彩色電鏡的應(yīng)用：星形膠質(zhì)細(xì)胞分享突觸構(gòu)造圖F；細(xì)胞透膜肽介導(dǎo)的內(nèi)吞囊泡圖H；新合成PKM 在神經(jīng)元中的定位圖D目前，這種方法還只能在拍出三種“色彩：它們分別被標(biāo)記為紅色、綠色和黃色。研究者希望，將來還能參加更多顏色種類，進(jìn)一步進(jìn)步圖像的比照度。在過去二十年中，超高