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。这项技术改进了一种称为膨胀显微镜的现有方法，发表在《纳米快报》杂志上的一篇新论文中对此进行了描述。

大多数人都熟悉显微镜，它使用透镜使物体看起来更大并且更容易用人眼看到。但膨胀显微镜 (ExM) 的工作原理实际上相反，即使物体本身变大。科学家们在样品(例如细胞)上涂上称为荧光团的微小发光标记，然后将样品嵌入凝胶中，凝胶在与水接触时会膨胀。随着样本变大，荧光标记会追踪出太小而无法看到的特征的轮廓，例如从脑细胞中生长出来的细树枝或树突。

但膨胀显微镜有一个重大缺点。传统荧光团发出的光信号在制备和扩展步骤中会损失大部分强度(超过 50%)。

生物医学工程学教授巴拉尼·拉曼(Barani Raman)说：“当你把东西做得更大时，这并不一定是好事，因为如果你不改变已经存在的信号量，那么信号就会变弱。”

Raman 和机械工程与材料科学系 Lilyan & E. Lisle Hughes 教授 Srikanth Singamaneni 通过使用称为等离子体荧光 (PF) 的超亮荧光标记物解决了这个问题。Singamaneni 于 2020 年为其他应用开发了 PF。

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进行了一次偶然的交谈，并说‘好吧，这个问题存在于一个领域，但解决方案存在于另一个领域。’”该团队将其新技术称为“等离子体增强膨胀显微镜”或 p-ExM。

等离子体荧光由包裹在银壳中的金核心颗粒构成，然后覆盖一层其他材料，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加明亮。该技术将帮助研究人员绘制神经网络或神经元之间的连接图。

“金属纳米颗粒充当天线，这意味着它能够将更多的光引入荧光团，”Singamaneni 说。金银纳米粒子和荧光团之间的相互作用也会导致荧光团发射比正常情况更多的光子。因此，等离子体荧光比荧光标记本身的亮度高出近四个数量级。等离子荧光还解决了信号稀释的问题，因为荧光标记直接附着在纳米颗粒上，因此当样品膨胀时它们不会散开。

为了证明等离激元增强扩张显微镜的潜力，研究人员用它来研究大脑海马区的神经元样本。在某些情况下，神经元的萌芽分支(称为神经突)彼此距离太近，如果没有膨胀显微镜等技术的帮助，就无法辨认。

“当两个神经突彼此距离太近时，我们无法解析它们。软件认为它们只是一个神经突，”Singamaneni 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。他们识别出的神经突末端数量比样品扩展前可见的多 2.5 倍。

当研究小组将等离激元荧光体的性能与荧光团本身进行比较时，他们发现等离激元荧光体保留了大约 76% 的光信号，而荧光团保留了不到 16%。该团队的结果还表明，等离子增强扩展显微镜与现有的扩展显微镜协议兼容，这意味着等离激元荧光可以在未来的研究中代替传统荧光团。PF 也可以由任何适合研究人员需求的给定荧光团创建。

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