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台湾团队开发出新光学成像技术为世界首创

2025-06-11 19:19 中港台时间

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【大纪元2025年06月11日讯】（大纪元记者钟元台湾报导）台湾中央研究院应用科学研究中心陈壁彰研究员团队开发出超高解析度光学成像技术“聚丙烯酸钾膨胀层光奈米显微术（KA-ExM）”，让脑组织“放大”64000倍，为全球首创，并登上国际期刊《自然通讯》。

台湾团队技术突破：看见大脑突触的奈米细节

国科会今天（11日）举行学术成果系列记者会，国科会自然处处长赖明治、中研院应用科学研究中心研究员陈壁彰、中研院细胞与个体生物学研究所博士林子旸出席。

赖明治表示，一个“让脑组织放大”的技术突破成功让光学显微镜看到奈米尺度的神经世界。在国科会相关计划的支持下，陈壁彰团队近期于《自然通讯》（Nature Communications）期刊发表突破性的研究——开发出超高解析度光学成像技术 “聚丙烯酸钾膨胀层光奈米显微术（KA-ExM）”。

赖明治说，此技术巧妙结合“样品空间放大”与“贝索层光显微镜”方法，成功让科学家以光学显微镜进行果蝇全脑的三维成像，解析度约10奈米，接近电子显微镜水准；同时仍保有多色萤光标记等光学成像优势。

陈壁彰说，传统光学显微镜因“绕射极限”所限，解析度仅能到200奈米，间距低于200奈米，在显微镜中会糊在一起看不清楚。而电子显微镜虽能达到更高解析度，但因在真空环境下操作，样品会脱水干燥，无法观察活体样品或呈现萤光标记的彩色效果。

陈壁彰表示，2014年三位科学家因开发能突破绕射极限的“超解析萤光显微技术”而荣获诺贝尔化学奖，也带动许多发展，但目前技术仍局限于极少细胞或薄层样品，对于大型组织的三维立体超解析影像仍是一大挑战。

“这项创新来自于一个聪明的化学策略：先把样品放大再进行观察”。研究团队使用“聚丙烯酸钾（KA）”的高吸水性聚合物来制作凝胶，之后将生物样品固定于凝胶中，如同尿布内常见的高吸水性材料，加水后能大量吸水并均匀膨胀，使样品放大约40倍，整体体积增加达64,000倍。因此原本小到难以分辨的奈米结构就被“膨胀放大”，变成在光学显微镜下也能清楚辨识。

团队举例说，果蝇脑的原始大小仅约0.5毫米，经过这样的膨胀处理后可放大至10～20毫米，使得观察整个神经网络变得可能。样品放大之后，团队再搭配“贝索层光显微镜”来进行成像，这技术使用特殊的“贝索光束”，能产生极薄且均匀的光片，让科学家能深入厚重的生物组织进行快速且极低光漂白性的三维成像扫描。

结合这两项技术后，科学家不仅可看清楚整个果蝇脑的结构，还能辨识出神经细胞之间极微小的突触，更可看到脑中作为资讯传递的“电缆”的突触支架蛋白与作为“开关插座”般调节资讯传递的突触囊泡，它们负责大脑中讯息的交换，对理解记忆、学习与神经疾病的机制具有关键意义。