圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的研究人员开创了一种新技术，可以对神经元等非常小的物体进行更高分辨率的成像。这项技术改进了现有的一种叫做膨胀显微镜的方法，发表在《纳米快报》杂志上的一篇新论文描述了这项技术。
大多数人都熟悉显微镜，它使用透镜使物体看起来更大，更容易用人眼看到。但膨胀显微镜(ExM)的工作原理却恰恰相反——它使物体本身变大。科学家们在样品(比如一个细胞)上涂上一层叫做荧光团的微小发光标记，然后将样品嵌入一种凝胶中，当它与水接触时会膨胀。当样本变大时，荧光标记会追踪到那些太小而看不见的特征的轮廓，比如从脑细胞中生长出来的细分支或树突。
但是膨胀显微镜有一个很大的缺点。传统荧光团发出的光信号在制备和扩展过程中失去了大部分强度(超过50%)。
生物医学工程教授巴拉尼·拉曼(Barani Raman)说:“当你把东西做得更大时，不一定是好事，因为如果你不改变已经存在的信号量，信号就会变弱。”
机械工程与材料科学系的Lilyan & E. Lisle Hughes教授Raman和Srikanth Singamaneni通过使用称为等离子体荧光(PFs)的超亮荧光标记来解决这个问题。Singamaneni在2020年开发了用于其他应用的PFs。
拉曼说:“这是一个很好的例子，两个拥有完全不同专业知识的人偶然交谈，说‘好吧，这个问题在一个领域，但解决方案在另一个领域。’”该团队将其新技术命名为“等离子体增强扩展显微镜”，简称p-ExM。
等离子体荧光是由包裹在银壳中的金核心粒子构成的，然后在银壳上覆盖一层其他材料，包括传统的荧光团。该结构旨在保护荧光团免受过程中使用的刺激性化学物质的影响，并使荧光团发出的光信号更亮。这项技术将帮助研究人员绘制神经网络或神经元之间的联系。
“金属纳米颗粒充当天线，这意味着它能够将更多的光吸引到荧光团中，”Singamaneni说。金-银纳米粒子和荧光团之间的相互作用也会使荧光团发出比正常情况下更多的光子。结果，等离子体荧光比荧光标记本身要亮近4个数量级。等离子体荧光还解决了信号稀释的问题，因为荧光标记物直接附着在纳米颗粒上，所以当样品膨胀时它们不会散开。
为了证明等离子体增强扩展显微镜的潜力，研究人员用它来研究大脑海马体区域的神经元样本。在某些情况下，神经元的萌芽分支(称为神经突)彼此靠得太近，如果没有扩展显微镜等技术的帮助，就无法辨认。
“当两个神经突靠得太近时，我们无法解决它们。软件认为它们只是一个神经突起，”辛格曼尼说。
在用超亮等离子体荧光标记细胞并扩大样本后，研究小组能够计算神经突的数量，量化神经突的总面积并测量单个神经突的长度。他们发现的神经突终结点比扩大样本之前多2.5倍。
当研究小组将等离子体荧光体的性能与荧光团本身进行比较时，他们发现等离子体荧光体保留了约76%的光信号，而荧光团保留的光信号不到16%。该团队的研究结果还表明，等离子体增强的扩展显微镜与现有的扩展显微镜方案兼容，这意味着等离子体荧光可以在未来的研究中取代传统的荧光团。pf也可以从任何适合研究人员需要的给定荧光团中创建。
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希望本篇文章《增强荧光标记提升成像精度》能对你有所帮助！
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