Synchotron radiation soft X-ray imaging combined with fluorescence microscopy for single-cell imaging applications

随着同步辐射光源亮度和相干性的显著提升, 以及波带片制作工艺的不断进步, 软X射线成像技术在生物学、材料科学及医学等领域取得了重要进展. 基于“水窗”波段的软X射线特别适用于细胞的中尺度结构成像, 其覆盖范围从完整单细胞(直径约10微米)到接近分子机器尺度的结构(约50纳米). 该技术能够以非破坏性方式获取细胞及亚细胞的三维精细结构, 逐渐成为细胞成像领域的重要工具. 然而，软X射线成像难以直接定位和区分细胞内执行不同功能但元素组成相近的特定分子. 相比之下，荧光显微成像技术可通过分子标记实现功能分子的精确定位, 但无法提供荧光标记外的细胞整体及亚细胞三维结构信息. 因此, 将软X射线和荧光显微成像技术相结合, 在单细胞水平上同步解析特定分子的三维定位和细胞整体三维结构, 研究细胞结构和功能的相互关系, 对揭示疾病的发生发展机制及药物在细胞水平作用的机制具有重要意义. 本文系统综述了国内外同步辐射软X射线与荧光联用装置的发展现状、技术特点及其面临挑战，深入分析了该技术在细胞成像中的应用进展. 同时，对关联技术的未来发展方向进行展望, 旨在为基于X射线成像的细胞生物学研究提供新思路与参考.