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我國突破高通量超分辨顯微成像難題 探測靈敏度提升兩個數(shù)量級
2023年06月26日 10:33:38 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：4474

近日,，哈工大儀器學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在生物醫(yī)學(xué)超分辨顯微成像技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,。研究成果在線發(fā)表于國際權(quán)威雜志《自然光子學(xué)》。

　　【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日,，哈工大儀器學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在生物醫(yī)學(xué)超分辨顯微成像技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,。團(tuán)隊(duì)提出基于計(jì)算光學(xué)成像的新一代高通量三維動態(tài)超分辨率成像方法，突破了現(xiàn)有顯微成像技術(shù)在高通量視場,、高空間分辨率和高時間分辨率等難以兼顧的難題,。研究成果以《通過增強(qiáng)熒光漲落檢測實(shí)現(xiàn)高通量超分辨率成像》為題，在線發(fā)表于國際權(quán)威雜志《自然光子學(xué)》,。
 
　　近年來,，隨著高強(qiáng)度激光、高靈敏探測器等光電器件研制技術(shù)以及新型熒光探針開發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展,，超分辨顯微成像技術(shù)(SRM)快速發(fā)展,，突破了光學(xué)顯微衍射極限，也為現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的工具,，使生物學(xué)家得以對病態(tài)細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)的量化統(tǒng)計(jì)和直觀的可視化分析,。
 
　　但是目前常見的超分辨技術(shù)需要復(fù)雜的圖像采集設(shè)備和特定的成像控制,，同時存在時間分辨率低,、成像通量不足等問題，使其難以在生物醫(yī)學(xué)中廣泛應(yīng)用,。為此,，哈工大研究團(tuán)隊(duì)針對基于熒光漲落物理特性的超分辨成像技術(shù)(SOFI)提出了相應(yīng)的解決方案。
 
　　SOFI是一種經(jīng)典的基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的超分辨方法,，其限制主要在于需要1000幀以上的原始圖像用于重建,，因此難以滿足對于大視場和細(xì)胞器瞬時動態(tài)等研究的高通量成像需求。團(tuán)隊(duì)提出了自相關(guān)兩步解卷積超分辨成像（SACD）,。SACD在計(jì)算超分辨統(tǒng)計(jì)量前對原始圖像進(jìn)行預(yù)解卷積,，這一獨(dú)特的處理增強(qiáng)了熒光信號的開關(guān)對比度，更高效地利用信息,，從而縮減了重建所需的原始圖像數(shù)量,。隨后再將解卷積作為后處理步驟，進(jìn)一步提升空間分辨率,。最終,，SACD可以將重建所需原始圖像數(shù)量縮減兩個數(shù)量級以上，并使空間分辨率提升超過兩倍多。
 
　　在實(shí)驗(yàn)中,，SACD可在10分鐘內(nèi)對包含超過2000個細(xì)胞的視場上實(shí)現(xiàn)了128納米的超高空間分辨率成像,，將目前世界上超分辨顯微鏡中最高通量視場成像范圍提升至毫米級。
 
　　此外,，團(tuán)隊(duì)還在SACD的基礎(chǔ)上引入了之前開發(fā)的稀疏解卷積技術(shù),，克服了低信噪比與長時程的活細(xì)胞成像條件，使快速而復(fù)雜的細(xì)胞器動態(tài)過程得以可視化,。
 
　　通過充分利用原始圖像中的熒光漲落信息,，SACD打破了現(xiàn)有超分辨技術(shù)的通量限制以及需要特殊光學(xué)控制的設(shè)備限制，同時還能夠直接應(yīng)用于現(xiàn)有商業(yè)化共焦熒光顯微鏡系統(tǒng)(或其他任何熒光系統(tǒng))中,，有助于低成本,、高通量地進(jìn)行相關(guān)生物醫(yī)學(xué)研究，有望成為生物學(xué)家分析細(xì)胞結(jié)構(gòu)和瞬態(tài)動力學(xué)的常規(guī)儀器,。
 
　　編輯點(diǎn)評：SRM技術(shù)突破了光學(xué)顯微衍射極限, 其取得的巨大發(fā)展為生物醫(yī)學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的工具,，但作為一種新興技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究時仍面臨著許多亟待解決的問題,，尤其是當(dāng)研究對象是活的,、具有一定厚度的、成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細(xì)胞,、組織等生物樣品時,。哈工大團(tuán)隊(duì)的研究成果突破了高通量超分辨顯微成像難題，進(jìn)一步推動了SRM技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的廣泛應(yīng)用,，是我國在高端儀器領(lǐng)域取得的重大成果,。
 
　　(來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué))
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