STORM

STORM（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy，随机光学重建显微镜）是一种超分辨率显微镜技术，通过精确定位单个荧光分子的位置，突破了光学显微镜的衍射极限，实现纳米级分辨率的成像。

**STORM的工作原理**：

1. **荧光分子闪烁**：

   - STORM利用荧光分子的光物理特性，通过控制荧光分子的开关状态，使得在任何给定时间点只有一小部分荧光分子处于发光状态。这些分子在成像过程中随机闪烁。

2. **单分子定位**：

   - 在每一个成像帧中，只有少量的荧光分子发光，形成彼此分离的光斑。通过高斯拟合这些光斑的中心位置，可以精确定位单个荧光分子的坐标，达到纳米级的定位精度。

3. **多帧叠加重建**：

   - 多帧成像的单分子定位信息被叠加和重建，形成一个高分辨率的图像。这一过程重复进行，直到足够多的荧光分子被定位，最终生成的图像分辨率可达10-20纳米。

**STORM的实验步骤**：

1. **样品制备**：

   - 将目标样品固定，并使用适当的染料或荧光蛋白标记目标分子。这些染料应具有适合STORM成像的光物理特性，如高光漂白率和良好的光转换能力。

2. **光学成像**：

   - 使用激光激发荧光分子，调整激光强度和波长，以控制荧光分子的闪烁状态。通常使用激发光和切换光的组合来控制荧光分子的开关状态。

3. **单分子定位**：

   - 收集多帧图像数据，每帧中只有少量荧光分子发光。使用计算机软件对每帧图像中的光斑进行高斯拟合，精确定位每个单分子的坐标。

4. **图像重建**：

   - 将多帧成像数据的单分子定位信息叠加，生成高分辨率的重建图像。

**STORM的应用**：

1. **细胞生物学**：

   - 研究细胞骨架、细胞器和分子复合物的精细结构和分布，如微管、肌动蛋白、核孔复合物等。

2. **神经科学**：

   - 研究神经元突触、受体和信号通路的结构和功能，揭示神经网络的精细组织。

3. **分子生物学**：

   - 分析蛋白质-蛋白质和蛋白质-DNA相互作用，研究基因表达调控和信号传导机制。

4. **病理学**：

   - 研究疾病相关分子的定位和分布，揭示疾病发生的分子机制，如癌症、神经退行性疾病等。

**STORM的优缺点**：

**优点**：

- **高分辨率**：STORM能够达到10-20纳米的分辨率，显著高于传统光学显微镜。

- **单分子灵敏度**：能够定位和检测单个荧光分子，适用于低丰度分子的研究。

- **活细胞成像**：STORM可以在活细胞中进行超分辨率成像，研究动态生物过程。

**缺点**：

- **复杂的样品制备**：需要特定的荧光染料和样品固定方法，制备过程较复杂。

- **长成像时间**：由于需要多帧成像，STORM的成像时间较长，可能影响活细胞动态过程的观察。

- **数据处理要求高**：单分子定位和图像重建需要复杂的计算和数据处理，需使用专门的软件和算法。

**STORM的改进和发展方向**：

1. **优化荧光染料**：开发更稳定、高效的荧光染料，提高成像信噪比和分辨率。

2. **快速成像技术**：改进成像速度，减少活细胞成像时的光毒性和漂白效应。

3. **多色成像**：实现多种荧光分子的同时定位和成像，研究分子间的相互作用和共定位。

4. **自动化数据处理**：开发高效、自动化的数据处理软件，提高单分子定位和图像重建的效率。

**参考文献**：

1. Rust MJ, Bates M, Zhuang X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Nat Methods. 2006;3(10):793-795.

2. Huang B, Wang W, Bates M, Zhuang X. Three-dimensional super-resolution imaging by stochastic optical reconstruction microscopy. Science. 2008;319(5864):810-813.

3. Heilemann M, van de Linde S, Schüttpelz M, et al. Subdiffraction-resolution fluorescence imaging with conventional fluorescent probes. Angew Chem Int Ed Engl. 2008;47(33):6172-6176.

4. Bates M, Huang B, Dempsey GT, Zhuang X. Multicolor super-resolution imaging with photo-switchable fluorescent probes. Science. 2007;317(5845):1749-1753.

5. Huang B, Babcock H, Zhuang X. Breaking the diffraction barrier: super-resolution imaging of cells. Cell. 2010;143(7):1047-1058.