STED显微镜：揭秘细胞奥秘的利器

STED显微镜：揭秘细胞奥秘的利器

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科普中国网

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来源

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https://cloud.kepuchina.cn/h5/detail?id=7256782868894543872

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https://optics.ofweek.com/2024-06/ART-250003-11000-30638248.html

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https://cn.leica-microsystems.com.cn/product/life-science-microscope/confocal/stellaris-sted

显微镜是人类探索微观世界的重要工具，从最早的光学显微镜到现代的电子显微镜，分辨率不断提升。然而，传统光学显微镜受制于光的衍射极限，分辨率一直停留在200纳米左右。直到21世纪初，受激发射损耗显微镜（STED）的出现，才真正突破了这一限制，开启了超分辨率显微成像的新时代。

STED显微镜的核心原理是通过两束激光的配合，精确控制荧光分子的发光区域。第一束是激发光，将样品中的荧光分子从基态激发到激发态；第二束是抑制光，呈环形覆盖在激发光斑的外围区域，通过受激发射机制强制外围区域内的激发态分子返回基态，从而抑制其荧光发射。

这种设计确保只有中心区域的荧光分子能够自发辐射荧光，而外围的荧光被有效关闭。通过调整抑制光的强度和形状，可以进一步缩小发光区域，理论上能够将分辨率推至分子级别。

STED显微镜的分辨率可以达到分子大小级别，远超传统光学显微镜的200纳米极限。实际分辨率取决于信噪比、荧光团亮度、光稳定性等因素。在最佳条件下，可以实现小于20纳米的分辨率。

这种超高分辨率使得科学家能够观察到细胞内部的精细结构，如病毒表面蛋白的分布、神经突触的细节等，这些都是传统显微镜无法企及的。

STED显微镜在生物医学领域展现出巨大的应用价值。例如，在微生物学研究中，科学家利用STED显微镜观察艾滋病病毒（HIV-1）表面的病毒包膜蛋白分布，揭示了病毒成熟过程中的结构变化。

在神经科学领域，STED显微镜被用于研究突触结构和功能。通过STED成像技术，研究人员能够观察到小鼠发生脆性X染色体综合征时树突棘的头和颈部形态变化，为理解神经系统疾病提供了新的视角。

最新的研究进展显示，科学家正在开发新型线粒体探针，实现固定细胞的STED成像。这种技术不仅能够清晰展示线粒体内嵴的精细结构，还能与其他标记方法联用，实现多色成像，为细胞生物学研究提供了新的工具。

尽管STED显微镜已经取得了显著的进展，但其高功率损耗光对生物样品的光毒性仍然是一个挑战。当前的研究重点是开发低功率STED成像技术，通过优化探针、改进图像处理算法等方式，实现更低功率下的高分辨率成像。

随着技术的不断进步，STED显微镜有望在生命科学研究中发挥越来越重要的作用，帮助科学家揭示更多细胞内部的奥秘，为疾病的诊断和治疗提供新的线索。