Optical imaging of individual biomolecules in densely packed clusters.
Optical imaging of individual biomolecules in densely packed clusters.
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DOI：
10.1038/nnano.2016.95
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发表时间：
2016-09
影响因子：
38.3
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
荧光超分辨率显微镜的最新进展已经允许亚细胞特征和合成纳米结构的尺寸低至~15 nm进行成像。然而，在密集堆积的生物分子簇中直接光学观察单个分子靶标（~5 nm）仍然是一个挑战。在这里，我们表明，这种离散的分子成像是可能的，使用DNA-PAINT（点积累成像在纳米级拓扑结构）-超分辨率荧光显微镜技术，利用可编程的瞬时寡核苷酸杂交-在合成DNA纳米结构。我们研究了高光子计数、高闪烁统计和适当的闪烁占空比对成像质量的影响，并开发了一种基于软件的漂移校正方法，该方法实现了<1 nm的残余漂移（r.m.s.）几个小时这使我们能够以约5 nm的点对点距离成像密集的三角形晶格图案，并从单分子研究中以埃级精度（2 μ m）分析DNA折纸结构偏移。通过将该方法与多路复用Exchange-PAINT成像相结合，我们进一步展示了具有5×5 nm像素大小和三种不同颜色的光学纳米显示器，并且具有<1 nm的交叉通道配准精度。这种方法为在拥挤的环境中直接和定量地观察单个生物分子特征开辟了可能性。
Recent advances in fluorescence super-resolution microscopy have allowed sub-cellular features and synthetic nanostructures down to ~15 nm in size to be imaged. However, direct optical observation of individual molecular targets (~5 nm) in a densely packed biomolecular cluster remains a challenge. Here, we show that such discrete molecular imaging is possible using DNA-PAINT (points accumulation for imaging in nanoscale topography) - a super-resolution fluorescence microscopy technique that exploits programmable transient oligonucleotide hybridisation - on synthetic DNA nanostructures. We examined the effects of high photon count, high blinking statistics, and appropriate blinking duty cycle on imaging quality, and developed a software-based drift correction method that achieves <1 nm residual drift (r.m.s.) over hours. This allowed us to image a densely packed triangular lattice pattern with ~5 nm point-to-point distance, and analyse DNA origami structural offset with angstrom-level precision (2 Å) from single-molecule studies. By combining the approach with multiplexed Exchange-PAINT imaging, we further demonstrated an optical nano-display with 5×5 nm pixel size and three distinct colours, and with <1 nm cross-channel registration accuracy. This method opens up possibilities for direct and quantitative optical observation of individual biomolecular features in crowded environments.
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