西北大學科學家開發了一種進行光譜納米成像觀察的新方法，這種方法可以幫助研究人員了解更復雜的生物分子相互作用，并在單分子水平上表征細胞和疾病。這個名為不對稱分散光譜單分子定位顯微鏡(SDsSMLM)的新系統，建立在麥考密克工程學院開發的現有sSMLM技術基礎上，以提供更精確的光譜單分子分析，以研究某些癌癥或糖尿病視網膜病變等疾病背后的細胞在其局部環境中的功能。
目前的光譜單分子定位顯微技術同時實現了超分辨成像和單分子光譜，但是現有單分子光學顯微鏡設計存在成像分辨率和光譜精度降低的問題。這是因為該系統將有限數量的發射光子(透射電磁光的原子粒子)分成兩個獨立的通道，用于空間和光譜成像。領導這項研究的生物醫學工程教授張浩(音譯)說：我們不應該滿足于只知道一個特定的分子在哪里，或者許多分子在哪里，而不區分它們的性質。
新研究方法使科學家能夠充分利用每個發射的所有光子進行空間成像和光譜分析。因此，與現有分散光譜單分子定位顯微鏡技術相比，顯著提高了空間成像分辨率和光譜精度，其研究成果發表在《光：科學與應用》期刊上。與現有分散光譜單分子定位顯微鏡方法不同，新的顯微鏡通常使用1：3的比例在空間和光譜通道之間分割照片，分散光譜單分子定位顯微鏡將所有可用的照片提交給創建兩個鏡像光譜圖像。
這種方法以盡可能高的分辨率提取光譜信息。此外，由于圖像是對稱的，研究人員仍然可以通過識別兩幅光譜圖像之間的中點來識別空間信息。研究人員發現，與使用相同數量照片的現有sSMLM相比，分散光譜單分子定位顯微鏡將空間精度提高了42%，光譜精度提高了10%。在現有sSMLM技術中，光譜圖像中的空間信息被完全忽略了。
這種方法使科學家能夠將所有可用的光子應用于光譜分析，以提高分辨率極限，同時還可以獲得空間成像。當與光譜單分子成像技術結合使用時，分散光譜單分子定位顯微鏡可用于3D細胞成像，這是細胞生物學和材料科學中的一種基本工具，使研究人員能夠跟蹤細胞在其環境中如何相互作用。這項技術適用于所有分子，不管發射光譜和微小的光譜變化，甚至在同一種分子之間也是如此。
隨著空間分辨率和光譜精度的提高，sSMLM將在細胞內的多分子成像以及生物和化學研究中對單個納米粒子三維跟蹤方面找到更廣泛的應用。除了該系統的先進成像能力外，分散光譜單分子定位顯微鏡的微小性還允許與傳統熒光顯微鏡系統輕松集成和可靠操作。結合研究人員開發名為RainbowSTORM的開源插件，研究人員希望生物研究界的其他成員，能將這項先進技術納入研究工作中，設計是獨立的，可以安裝在大多數顯微鏡系統上。
