DNA point accumulation in nanoscale topography (DNA-PAINT) enables super-resolution microscopy by harnessing the predictable, transient hybridization between short dye-labeled “imager” and complementary target-bound “docking” strands. DNA-PAINT microscopy allows sub-5 nm spatial resolution, spectrally unlimited multiplexing, and quantitative image analysis. However, these abilities come at the cost of nonfluorogenic imager strands, also emitting fluorescence when not bound to their docking strands. This has thus far prevented rapid image acquisition with DNA-PAINT, as the blinking rate of probes is limited by an upper-bound of imager strand concentrations, which in turn is dictated by the necessity to facilitate the detection of single-molecule binding events over the background of unbound, freely diffusing probes. To overcome this limitation and enable fast, background-free DNA-PAINT microscopy, we here introduce FRET-based imaging probes, alleviating the concentration-limit of imager strands and speeding up image acquisition by several orders of magnitude. We assay two approaches for FRET-based DNA-PAINT (or FRET-PAINT) using either fixed or transient acceptor dyes in combination with transiently binding donor-labeled DNA strands and achieve high-quality super-resolution imaging on DNA origami structures in a few tens of seconds. Finally, we also demonstrate the applicability of FRET-PAINT in a cellular environment by performing super-resolution imaging of microtubules in under 30 s. FRET-PAINT combines the advantages of conventional DNA-PAINT with fast image acquisition times, facilitating the potential study of dynamic processes.

中文翻译：

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使用基于FRET的探针进行快速，无背景的DNA-PAINT成像

纳米级地形学（DNA-PAINT）中的DNA点积累通过利用短染料标记的“成像仪”和互补的靶标结合的“对接”链之间可预测的瞬时杂交，实现了超高分辨率显微镜。DNA-PAINT显微镜可实现低于5 nm的空间分辨率，光谱上无限制的多路复用和定量图像分析。但是，这些功能是以非荧光成像器链为代价的，当未绑定到其对接链时也会发出荧光。到目前为止，这已经阻止了DNA-PAINT的快速图像采集，因为探针的闪烁速率受到成像器链浓度的上限的限制，而成像器链浓度的上限又取决于是否需要检测单分子结合事件。无约束的，自由扩散的探针的背景。为了克服此限制并实现快速，无背景的DNA-PAINT显微镜检查，我们在此引入基于FRET的成像探针，减轻成像器束的浓度限制，并将图像获取速度提高几个数量级。我们使用固定或瞬时受体染料与瞬时结合供体标记的DNA链相结合的方法，对基于FRET的DNA-PAINT（或FRET-PAINT）进行了两种分析，并在少数几种DNA折纸结构上实现了高质量的超分辨率成像几十秒。最后，我们还通过在30 s内对微管进行超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。在无背景技术的DNA-PAINT显微镜下，我们在此介绍基于FRET的成像探针，从而减轻了成像链的浓度限制，并将图像采集速度提高了几个数量级。我们使用固定或瞬时受体染料与瞬时结合供体标记的DNA链相结合的方法，对基于FRET的DNA-PAINT（或FRET-PAINT）进行了两种分析，并在少数几种DNA折纸结构上实现了高质量的超分辨率成像几十秒。最后，我们还通过在30 s内对微管进行超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。在无背景技术的DNA-PAINT显微镜下，我们在此介绍基于FRET的成像探针，从而减轻了成像链的浓度限制，并将图像采集速度提高了几个数量级。我们使用固定或瞬时受体染料与瞬时结合供体标记的DNA链相结合的方法，对基于FRET的DNA-PAINT（或FRET-PAINT）进行了两种分析，并在少数几种DNA折纸结构上实现了高质量的超分辨率成像几十秒。最后，我们还通过在30 s内对微管进行超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。减轻了成像器束的浓度极限，并将图像采集速度提高了几个数量级。我们使用固定或瞬时受体染料与瞬时结合供体标记的DNA链相结合的方法，对基于FRET的DNA-PAINT（或FRET-PAINT）进行了两种分析，并在少数几种DNA折纸结构上实现了高质量的超分辨率成像几十秒。最后，我们还通过在30 s内对微管进行超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。减轻了成像器束的浓度极限，并将图像采集速度提高了几个数量级。我们使用固定或瞬时受体染料与瞬时结合供体标记的DNA链相结合的方法，对基于FRET的DNA-PAINT（或FRET-PAINT）进行了两种分析，并在少数几种DNA折纸结构上实现了高质量的超分辨率成像几十秒。最后，我们还通过在30 s内对微管进行超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。我们使用固定或瞬时受体染料与瞬时结合供体标记的DNA链相结合的方法，对基于FRET的DNA-PAINT（或FRET-PAINT）进行了两种分析，并在少数几种DNA折纸结构上实现了高质量的超分辨率成像几十秒。最后，我们还通过在30 s内对微管进行超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。我们使用固定或瞬时受体染料与瞬时结合供体标记的DNA链相结合的方法，对基于FRET的DNA-PAINT（或FRET-PAINT）进行了两种分析，并在少数几种DNA折纸结构上实现了高质量的超分辨率成像几十秒。最后，我们还通过在30 s内对微管进行超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。我们还通过在30秒内执行微管的超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。我们还通过在30秒内执行微管的超分辨率成像来证明FRET-PAINT在细胞环境中的适用性。FRET-PAINT结合了传统DNA-PAINT的优势和快速的图像采集时间，从而促进了对动态过程的潜在研究。