上一篇，我们介绍了光学超分辨技术进展-STED/GSD/ESA， 那么还有哪些其他超分辨成像机理呢，快来看看吧。SIM疏影横斜水清浅SIM全名Structured Illumination Microscopy，结构光照明显微。在介绍SIM之前，可以给大家看—张非常典型的照片。在椅子背上，能看到不规则的条纹。这种条纹，如果把图片放大，可以看到是由椅子前后的网状织物叠加而成。在科学上，大家将其称为莫尔条纹。由于织物的网格比较密不容易被看到（频率高），而莫尔条纹比较粗容易被看到（频率低）。因此如果知道B的结构，和A+B所叠加的莫尔条纹，将不能探测的高频转化为能探测的低频，就能够反推出A所携带的精细结构信息。这就是SIM的原理。如下图所示。图 莫尔条纹示意图。当把这幅图缩小时，a和b的条纹不可见，但是c图中的莫尔条纹仍能够清楚地看到。SIM是通过给照明光一个调制实现分辨率提升，能提升多少？ 光学衍射极限的2倍。如果将SIM的结构调制通过共轭放在接收端，则SIM是—个—维调制。进—步地，通过从多个角度进行—维限制，可以最终得到二维的分辨率提升。目前，比较流行的是每隔120度进行—次调制。图 共聚焦成像和SIM成像对比（图像来源：Zeiss网站）如果想进—步提升分辨率，则需要更细的线条。用光学一次成像，所能得到的细线的粗细是受衍射极限限制的。解决方法是通过某—类的饱和机制，形成更细的线，再加上SIM提升的2倍，就能够实现完全突破衍射极限的限制了。上述我们讲的都是如何借助有意识的对激发光或者荧光进行调制，来实现超分辨。这些方法从原理上，不需要荧光分子具有什么特性。那么如果化学家赋予荧光分子以特性呢？或许将诞生新的不可思议。STORM点点春雨入莲池《西游记》中真假美猴王的故事，大家都耳熟能详。美国科学院院士、哈佛大学华人教授庄小威从吴承恩写此段故事的“色即是空”中获得灵感，让西方科技世界看到了东方哲学之美。如何实现从“色即是空”来慧眼分辨？当两个发光团太接近的时候，传统分辨率不能分辨。庄小威的想法就是，如果能够用两种颜色的光，一束(633 nm)管死，通过光漂白让大部分粒子激发过度到达暗态（死了），另一束(532 nm)管活，通过激活，就像灵芝草似的，让极个别死去的粒子再活过来。由于活着的是极少数。这样，亮起来粒子周边都是不发光的，就可以很容易地把它定位出来，再把它激发、打死，救活另外一些，如此往复。图 STORM技术原理通过“你死我活”的策略，对粒子的定位逐—击破。就如一场初春的小雨落在池塘，只要雨小，就能通过涟漪跟踪到每滴雨洒落的位置。这就是STORM，全称是Stochastic Optical Reconstruction Microscopy。为什么庄小威会发Nature Methods？选对了合适的问题当然是一方面，另一方面是，她发现了一个重要的Cy3-Cy5染料对，发不同颜色的光，这一对荧光团过去被用在荧光共振能量转移FRET成像研究中。小威在进行感冒病毒的研究中偶然发现，这一对可爱的蛋白能够像开关一样，通过光控制它们或者发荧光，或者不发荧光。有了开关，就实现了超分辨。开关就是二进制，就是阴阳，就是太极，就是八卦，就是万物。PALM你掌心的痣我总记得在哪里与STORM原理类似，单分子定位超分辨技术领域还有个几乎在同一时间被发明的技术：PLAM。作为高富帅的Eric Betzig，因为对显微技术的念念不忘，放弃了管理家族企业，与好友Harald Hess一起屡败屡战15年，希望能用生物学知识获取高分辨率的显微图像。直到2002年，当Hess和Betzig了解到Lippincott-Schwartz和George Patterson发明的光敏绿色荧光蛋白(photo-activatable green fluorescent protein)后，他们知道他们已经找到了解决问题的关键所在：开关-定位。2006年，Eric Betzig、Harald Hess以及Lippincott­ Schwartz小组在Science上发表了他们的PALM研究成果。使用PALM可以清楚地看到细胞黏着斑和特定细胞器内的蛋白质。图 PLAM用于观察溶酶体跨膜蛋白与《圣经-新约》里门徒从手掌的钉痕认出变了身的耶稣一样，PALM也正是因为在手掌（衍射极限分辨决定的区域内）范围内通过蛋白质开-关的效应，因为只有一个钉痕，所以就能够通过定位将其分辨出来了。SDOM横看成岭侧成峰我们中学物理就做过将两个偏振片不同夹角放置来观察透射光光强的变化的实验。固定其中一个偏振片，旋转另一个偏振片我们会观察到光强明暗相间的变化。生活中偏振相关元件也无处不在，太阳镜，3D眼镜……相信大家对偏振一点都不陌生，但是它与超分辨有什么关系呢？图 通过将太阳镜的两个镜片垂直放置来检测太阳镜的质量图 荧光团亮度随入射光偏振方向变化而变化我们前面讲述了STED是在空间维度将不同的点区分开，PLAM/STORM是在时间维度将不同的点分开。这也就启发科学家们去思考能否在其他维度将距离很近的两个点分开？2016年10月，北京大学席鹏课题组提出SDOM（Super-resolution Dipole Orientation Mapping microscopy）技术，将两个距离很近的点在偏振维度分开从而实现了超分辨，该工作也得到了Nature Methods的亮点报道。 图 SDOM工作原理图。不同偏振光入射时距离很近的两个点不同时亮起来，因此可以通过重建将两个点分开。偏振荧光显微主要分两种：偏振激发（通常通过旋转半波片来实现）和偏振探测（通常使用偏振分光棱镜来实现）。不改变原系统光路，仅需在激发或者探测光路中添加些许元件就可以很容易地将偏振与现有的成像系统（包括confocal，two-photon，STORM，SIM等）结合起来，因此偏振超分辨近两年来也得到了飞速的发展和重视。偏振除了可以带来超分辨之外，席鹏课题组还利用偏振实现了偶极子取向信息的探测，丰富了生物学家解决问题的思路和视角。阴阳定乾坤正如牛顿用三定律描述宏观宇宙，爱因斯坦用相对论描述微观世界般，去繁就简，才是大道。那么，可不可以将这些超分辨技术统—为—种描述？答案是可以，那就是：阴阳。“是故，易有太极，是生两仪”。——《易传·系辞上传〉所谓混沌，是一种不能区分的状态。因而为了有效地进行区分，就有了阴阳两仪。结合现代技术，阴阳就是两种状态，也就是我们熟悉的二进制的ON和OFF状态。反观超分辨技术，STED：通过区分—个点的自发辐射(on)和受激辐射(off)实现超分辨；SIM：通过调制一系列平行的ON-OFF实现超分辨；PALM/STORM：随机地调制点的ON­-OFF实现超分辨。细看的话，STED和SIM均是形成一个结构性的光调制来实现超分辨，不依赖于特定的荧光染料。而PALM/STORM则是通过特定染料的性质，通过光控制来实现ON-OFF。SDOM则是通过对染料的偏振调制，实现的一种新型超分辨技术。这些技术的对比见下表：