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告别二维切片与制样伪影:软 X 射线细胞结构显微镜实现细胞内纳米结构的真实三维洞察

来源:清砥量子科学仪器(北京)有限公司 更新时间:2025-10-23 15:45:21 阅读量:158
导读:告别二维切片与制样伪影:软 X 射线细胞结构显微镜实现细胞内纳米结构的真实三维洞察



在生命科学研究中,实现对细胞内部结构在纳米尺度下的高分辨率、无损三维成像,是长期以来追求的关键目标。然而,现有主流成像技术在此方面仍存在显著局限。当前广泛使用的透射电子显微镜等技术,虽具备纳米级分辨率,但其依赖物理切片和化学固定的样品制备过程,不可避免地引入结构性伪影,无法保留样品的原生状态。更重要的是,这些方法通常仅能提供二维局部信息,难以重构细胞器、病毒复合体或纳米颗粒等在细胞内部真实的三维空间分布,严重制约了对复杂亚细胞结构与功能的系统性解析。




传统技术的桎梏:被困在二维与伪影中的微观世界
  • 透射电子显微镜: 虽然能提供极高的分辨率,但其制样过程(如化学固定、脱水、切片)极易引入假象(伪影),破坏细胞的原始状态。更重要的是,它通常只能提供二维的局部视图。为了获取三维信息,研究人员不得不依赖连续切片重建,这个过程不仅费时费力(往往需要数天),而且极易因切片 misalignment 或丢失而失真,使得对纳米颗粒在细胞内的真实三维分布、或新发现细胞器的完整形态等研究,变得异常困难且不可靠。

  • 荧光显微镜: 虽然能进行活细胞动态观察和特异性标记,但其分辨率有限(~200 nm),无法清晰分辨纳米尺度的细胞器细节或病毒结构,且依赖标记,无法呈现细胞整体的、非标记的结构背景。

  • 同步辐射软X射线成像: 虽然技术本身强大,但依赖大型同步辐射装置,机时稀缺、申请竞争激烈、实验安排不灵活,极大地限制了研究的广度和可及性。


这些局限意味着,对于诸如“纳米药物在细胞内的三维运输与定位”、“内共生体如何与宿主细胞器在三维空间中互作”、“病毒复制工厂的真实三维架构”等前沿核心问题,传统手段要么无能为力,要么提供的是一幅经过人工处理、支离破碎的画像。




SXT-100:开启细胞内纳米三维无损成像的新纪元

SiriusXT公司推出的实验室级软 X 射线细胞结构显微镜SXT-100,正是为了打破上述桎梏而生。它将同步辐射级别的成像能力集成到桌边,让每一位研究人员都能在常规实验室环境中,对完整冷冻细胞进行纳米级分辨率的三维无损成像

SXT-100的核心突破:


  • 真三维,非切片: 直接对完整的含水细胞进行三维断层扫描,无需任何化学固定或物理切片,从根本上避免了制样伪影,还原最真实的细胞内部景观。

  • 纳米级分辨率: 分辨率高达40-50 nm,足以清晰分辨线粒体、脂滴、内溶酶体等细胞器,甚至能识别直径大于300 nm的病毒复制囊泡和100 nm的纳米药物颗粒。

  • 高通量与高效率: 单个细胞的完整三维成像仅需数个小时。这与传统FIB-SEM动辄48小时的耗时相比,实现了数量级的速度提升。

  • 多模态关联成像: 集成荧光显微镜,可在三维结构图像上精准定位特定的荧光标记分子(如病毒蛋白、药物载体),实现功能与结构的完美融合。成像后的样本仍可用于冷冻电镜(cryo-EM)进行更高分辨率研究,形成无缝的多尺度成像工作流。


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软X射线成像正在全球范围内推动多个领域的科研突破:

纳米医学: 直观呈现纳米药物载体在细胞内的三维分布与溶酶体共定位,为优化药物递送系统提供了全新的结构依据。



病毒学: 突破性的在三维空间中清晰揭示了丙肝病毒(HCV)清除过程中,病毒蛋白残余与内溶酶体系统的空间关联,阐明了药物的作用机制。



细胞器进化: 在《Science》期刊创新性的固氮真核生物研究中,SXT-100三维成像无可辩驳地展示了内共生体UCYN-A与宿主细胞器在分裂过程中的同步性,为“氮固定器”这一新细胞器的诞生提供了关键视觉证据。



病原体-宿主互作: 在疟原虫研究中,直接观察到抗疟药物在消化泡内纳米尺度的作用位点,解决了长达数十年的机制争议。




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结论

SXT-100的出现,标志着细胞生物学研究正式从二维推断迈入了三维实证的时代。它解决了传统成像技术“看不见全貌、看不真结构、看不准定位”的核心痛点,为所有需要在纳米尺度下探索细胞内部三维世界的研究人员,提供了强大、便捷且可靠的终极工具。



关于 SiriusXT Ltd

SiriusXT Ltd是成立于爱尔兰的高端设备制造厂商,主要致力于高端软X射线显微镜的研发及生产,其产品SXT-100一经推出,就受到了市场的极大关注,凭借其特殊的优势,获得 CoCID (Compact Cell-Imaging Device) 项目235万欧元资助,支持其从细胞结构成像角度助力抗病毒药物的研发。



关于Quantum Design 中国

Quantum量子科学仪器贸易(北京)有限公司(暨Quantum Design中国子公司)成立于2004年,是美国Quantum Design公司在全世界设立的诸多子公司之一,在全权负责美国公司本部产品在中国的销售及售后技术支持的同时,还积极致力于和世界范围内物理、化学、生物领域的科学仪器制造商进行密切合作,帮助中国市场引进更多全球范围内的优质设备和技术,助力中国科学家的项目研究和发展。



联系我们

Quantum Design 中国现已全面负责SiriusXT公司产品在中国市场的推广宣传、销售、技术支持及售后服务!若您对实验室型软X射线细胞结构显微镜——SXT-100有任何问题,欢迎通过电话:010-85120280、邮箱:info@qd-china.com扫描下方二维码联系我们,我们将竭诚为您服务。


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关于作者

美国Quantum Design公司是知名科学仪器制造商,其研发生产的一系列磁学测量系统及综合物性测量系统已成为业内先进的测量平台,广泛分布于材料、物理、化学、纳米等研究领域的科研实验室。Quantum量子科学仪器贸易(北京)有限公司(暨Quantum Design中国子公司) 成立于2004年,是美国Quantum Design公司在全设立的诸多子公司之一,在全权负责美国Quantum Design公司本部产品在中国的销售及售后技术支持的同时,还积极 致力于和范围内物理、化学、生物领域的科学仪器制造商进行密切合作,帮助中国市场引进更多范围内的优质设备和技术,助力中国科学家的项目研究和发展。

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