微小流动，巨大洞见：微流控系统提升超分辨率显微镜技术

了解细胞的组织结构及其分子组分如何以协调合作的方式相互作用，是现代生命科学的核心目标。为了解答这些问题，研究人员需要同时观察同一细胞内的多种结构，并绘制出它们的排列和相互作用图谱。这需要“多重超分辨率显微镜”——一种先进的成像方法，它能够揭示远超传统光学显微镜视野的细胞细节。

然而，现有方法往往技术要求高、难以重复，并且不太适合脆弱的生物样本。

由哥廷根大学牵头，并与哥廷根大学医学中心 (UMG) 合作的国际研究团队，作为哥廷根卓越集群“多尺度生物成像：从分子机器到可兴奋细胞网络”(MBExC) 的一部分，近期着手克服这些局限性。该团队开发了一种专用的微流控系统，使多重超分辨率显微镜成像更加简便、可重复，并能惠及更广泛的研究群体。该研究成果发表于《ACS Nano》期刊。

为了真正了解细胞的功能，科学家不仅需要一次观察一个细胞组分，还需要同时观察多种蛋白质和特殊结构，并了解它们在细胞内的相互作用。此外，这些实验变得越来越复杂，对微小的变化也越来越敏感，这会限制实验结果的可重复性。新型微流控系统能够精确地将溶液注入和移除样品室，以可控且可重复的流体操作取代了手动移液。

该研究团队开发了一种压缩空气驱动的微流控系统，专为多重超分辨率显微镜而设计，旨在为细胞（包括脆弱的生物样本）提供便捷、经济高效且高质量的成像。图片来源：Roman Tsukanov

“我们开发的这套系统意味着我们可以在长时间的成像周期中保持高图像质量，”共同第一作者、现就职于慕尼黑大学的博士后研究员萨姆拉特·巴萨克博士说。“通过保持不同标记和清洗步骤中条件的一致性，该微流控平台能够直接映射来自不同靶标的信息，从而实现对细胞内蛋白质、特殊结构和复杂相互作用的成像。”

研究人员在人类癌细胞中验证了这项技术，揭示了细胞内蛋白质丝的组织结构。该团队还将该方法应用于从小鼠心脏心室分离出的特殊肌肉细胞。

“心脏脆弱而特殊的肌肉细胞成像难度极大，”共同第一作者、马里兰大学医学中心和微流控实验中心的Kim-Chi Vu解释说。“微流控系统对于完成成像至关重要，它既能使细胞变形，又能防止细胞从表面脱落。”

这款新机器可以手动或自动操作，并且兼容多种成像系统。

“核心理念是开发一种经济高效、适应性强，并且可以根据复杂生物系统的具体成像需求进行重新设计的系统，”哥廷根大学高级博士后研究员罗曼·楚卡诺夫博士解释说。“通过自动化流体交换，我们消除了一个主要的变异来源，并使复杂的成像方案更加用户友好。”

“这种方法将有助于标准化多重超分辨率成像，并使其得到广泛应用，从而造福于科研和医疗应用，”哥廷根大学物理系教授 Jörg Enderlein 补充道。