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超解析显微镜的魔法：如何打破光的极限？
在科学界，显微镜技术的提升无疑是揭秘微观世界的重要工具，其中，超解析显微镜技术尤其引人注目。这一系列技术不仅突破了光学显微镜的衍射极限，还在生物医学研究和分子生物学的应用上展示了巨大的潜力，为我们提供了更全面的细胞内部结构与功能的理解。
超解析成像技术依赖近场（如光子隧道显微镜和近场扫描光学显微镜）或远场的设定选择。
超解析显微镜主要可以分为两大类：确定性超解析技术与随机超解析技术。前者利用生物显微镜中常用的发光团（萤光分子）的非线性响应来增强解析度，典型的技术包括刺激发光耗损（STED）、地面态耗损（GSD）等。后者则利用分子光源的时间行为，使相近的萤光分子能分开发光，形成可分解的影像，此类技术包括超解析光波动成像（SOFI）及单分子定位显微术（SMLM），例如PALM与STORM等。
2014年10月8日，埃里克·比蒂希、沃尔特·莫尔纳和斯特凡·赫尔因“超解析荧光显微镜的发展”获得诺贝尔化学奖，这标志着光学显微镜进入了纳米尺寸的领域。
自20世纪70年代以来，关于打破阿贝极限的理论已经开始浮现。 1978年的研究稿提出了使用4Pi显微镜的概念，这是一种激光扫描荧光显微镜，透过双侧光源聚焦达成高解析度。然而，当时的研究对于轴向解析度的提升却未能引起足够的重视。 1986年，基于刺激发射的超解析光学显微镜技术被首次专利。
超解析技术的应用
这些超解析技术不仅为显微镜提供了新的视角，还加快了生物分子的观测速度。其中，近场光学随机映射（NORM）显微镜，通过观察悬浮液中的纳米颗粒布朗运动来获得光学近场信息，其成像过程也不需要特殊的定位设备，这无疑提高了图像获取的效率。
结构化照明显微镜（SIM）通过收集可见区域外的频率空间信息，实现了空间解析度的增强，对一些医学诊断有重大潜力。
反映这些技术的进步，结构化照明显微镜（SIM）展示了替代电子显微镜进行某些医学诊断的潜力。例如，在医学诊断中的肾脏病和血液疾病的研究中，SIM的应用越来越常见。此外，空间调制照明（SMI）进一步改进了距离测量的精确性，可以获得尺度为几十纳米的分子尺寸测量。
生物传感技术在超解析中的应用
在细胞生物学中，生物传感技术是理解细胞组件活动的重要手段。这些传感器通常由感测和报告两部分组成，使用萤光探释技术来定量分析生物活动。新型萤光探释器的出现使得在细胞内观察动态过程的可能性大大提升。
REversible Saturable OpticaL Fluorescence Transitions (RESOLFT) 显微镜技术，不仅能够影像捕捉更多细节，还扩展了超解析的概念，令其在生物医学研究中越加重要。
随着技术的不断发展，STED及GSD等确定性方法逐步完善，提供了新的解决方案，然而，这些技术的实用性仍受到设备复杂性及样品损伤风险的挑战。因此，尽管超解析显微镜技术具有超乎寻常的解析能力，科学家们仍需不断探索其在各领域中的最优化应用。
这些技术的整合及应用，使得我们可以更直观地理解细胞机械、结构及功能，并最终启示进一步的生物医学研究，未来的科学发现或将以何种方式拓展我们对生命的认知呢？
