本文介紹了一項突破性顯微成像技術——DNA-PAINT與光學光子重分配旋轉盤共聚焦顯微鏡（SDC-OPR）的結合應用。該技術成功解決了超分辨顯微成像中信號噪聲比、穿透深度、視野范圍與空間分辨率無法兼得的難題，首次在完整細胞和組織中實現了大視野（最大211×211μm2）、深穿透（9μm深度）與納米級分辨率（6nm平面精度）的同步優化。研究者通過DNA折紙結構驗證技術極限，并在核孔復合體、線粒體、微管等生物樣本中驗證了其普適性，進一步應用于果蠅視網膜上皮發育研究，揭示了E-cadherin在細胞連接中的異質分布，并量化了膠原蛋白分泌囊泡的分子組成。

本成果由Cecilia Zaza, Megan D. Joseph, Olivia P.L. Dalby, Rhian F. Walther, Karol Kotaral, German Chiarelli, Franck PIchaud, Guillermo P. Acuna & Sabrina Simoncelli團隊完成。研究論文《Super-resolution imaging in whole cells and tissues via DNA-PAINT on a spinning disk confocal with optical photon reassignment》于2025年5月線發表。

重要發現
01納米級分辨率驗證
研究者設計了三組間距分別為53nm、17nm和10nm的DNA折紙結構作為標尺。在傳統旋轉盤共聚焦（SDC）下，10nm間距的對接位點無法分辨（平均定位精度10nm）。而SDC-OPR通過微透鏡陣列壓縮焦點尺寸，將光子重定向至最可能的起源位置：

實驗測得17nm與10nm間距的實際距離為（17±1）nm和（9.8±0.5）nm，定位精度（σSMLM）達1.4nm（克拉美羅下限），最小可分辨6nm間距結構。

02細胞結構的納米尺度解析
在U2OS細胞中，靶向核孔蛋白Nup96的DNA-PAINT成像清晰呈現了核孔復合體的八重對稱結構：

通過交叉剖面分析測得Nup96蛋白對間距為（13±2）nm，與冷凍電鏡模型一致。結合順序成像增強技術（RESI），定位精度進一步提升至3?（埃米級）。

03大視野與深穿透能力
在53×53μm2視野下，微管網絡成像的定位精度在0-9μm深度保持穩定（σSMLM<10nm）。即使視野擴大至211×211μm2（覆蓋多細胞區域），仍實現平均9.5nm精度：

線粒體3D成像中，通過500nm層厚掃描重構5.5μm細胞體積，膜厚度測量值為48±12nm，近基底處精度達30nm。

04組織層面的突破性應用 
在果蠅視網膜上皮（深度9μm）中，E-cadherin成像精度（12±1）nm首次揭示黏附連接存在三種納米簇群（230±40nm,352±90nm,470±160nm）。

膠原蛋白IV囊泡的定量PAINT（qPAINT）分析顯示，每個分泌囊泡平均包含46±27個分子：

在更深層（15μm）的蛹期視網膜中，仍保持26nm精度，突破傳統TIRF/HILO的穿透極限。

創新與亮點
01突破光學系統固有矛盾
傳統超分辨顯微技術長期受限于三大矛盾：
視野與分辨率矛盾：寬場照明（TIR/HILO）視野≤40×40μm2
深度與信噪比矛盾：共聚焦系統在>5μm深度精度驟降至>20nm
速度與精度矛盾：點掃描系統成像速度慢，視野?。?0×20μm2）

SDC-OPR通過微透鏡陣列實現兩大革新：

光子重分配機制：將發射光子重定向至起源點，等效于無限小針孔
背景噪音抑制：在擴大視野（211×211μm2）同時保持6-9nm精度

總結與展望
本研究通過DNA-PAINT與SDC-OPR的融合，建立了首個兼具納米分辨率、大視野、深穿透的超分辨成像平臺。其核心價值在于突破光學物理極限——在旋轉盤共聚焦框架內，通過光子重分配機制將平面分辨率提升至6nm，9μm深度精度達亞10nm，視野擴大至傳統方法的25倍。這不僅實現了核孔蛋白、微管等亞細胞結構的埃米級解析，更在模式生物發育研究中首次量化了黏附蛋白納米簇與分泌囊泡的分子組成。

未來該技術可通過三方面持續突破：

探針革新：結合自淬滅染料提升成像速度與信噪比
系統集成：引入像散透鏡優化3D分辨率，耦合光片照明提升穿透力
生物應用拓展：從靜態成像轉向動態觀測，如胚胎發育實時追蹤、神經突觸可塑性研究

這項技術為生命科學提供了一把“納米標尺”，將推動從分子病理機制到精準醫療研究的范式變革。

DOI:10.1038/s41467-025-60263-w.