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分辨率是普通共聚焦顯微鏡的4倍！超分辨光學(xué)成像研究獲突破
2025年06月23日 11:10:33
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：494
熒光強(qiáng)度比率編碼與差分(FIRED)超分辨成像技術(shù)可以將普通共聚焦顯微鏡的成像分辨率提升4倍，橫向分辨率最高可達(dá)71.2nm，為生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域，特別是活細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)程、多結(jié)構(gòu)的超分辨動(dòng)態(tài)研究提供了更為強(qiáng)大的視覺工具。
近日，深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院醫(yī)學(xué)光子學(xué)創(chuàng)新研究院碩士生朱雪鋼提出了一種基于熒光強(qiáng)度比率權(quán)重的編碼差分技術(shù)。該技術(shù)可以將普通共聚焦顯微鏡的成像分辨率提升4倍，橫向分辨率最高可達(dá)71.2nm。相關(guān)研究成果以“Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference”為題發(fā)表在Nature Index期刊Nano Letters(影響因子：9.6)上。
朱雪鋼的研究聚焦于超分辨光學(xué)成像技術(shù)，這也是當(dāng)前科學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)顯微鏡是揭示生物分子結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)的重要工具，但受限于光學(xué)衍射極限。此次研究創(chuàng)新性地提出了熒光強(qiáng)度比率編碼與差分(FIRED)超分辨成像技術(shù)。該方法基于傳統(tǒng)共聚焦系統(tǒng)，僅需簡(jiǎn)單升級(jí)增加環(huán)形光路，利用相同波長(zhǎng)的高斯光束與環(huán)形光束分別激發(fā)樣本，獲取兩幅圖像。通過對(duì)圖像像素強(qiáng)度進(jìn)行特定比率運(yùn)算生成權(quán)重矩陣，并應(yīng)用于原始圖像進(jìn)行編碼，再結(jié)合差分處理，有效突破衍射極限。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)IRED技術(shù)能將普通共聚焦顯微鏡的橫向分辨率提升約4倍(例如，熒光微球樣品中從298.0 nm提升至71.2 nm)，圖像信背比(SBR)也顯著提高。該技術(shù)兼容普通熒光染料，所需激光功率密度極低(~1.72 kW/cm2，比STED低3-4個(gè)數(shù)量級(jí))，光毒性小，并保留了共聚焦的光學(xué)層切能力。
此外，朱雪鋼還通過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該技術(shù)的可靠性和實(shí)用性，為后續(xù)的應(yīng)用研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在固定細(xì)胞和活細(xì)胞的多種細(xì)胞器(微管、核孔復(fù)合體、溶酶體、線粒體)中均得到有效驗(yàn)證，展現(xiàn)出了優(yōu)異的通用性。
此次研究成果不僅具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，更具有廣泛的應(yīng)用前景。FIRED技術(shù)操作簡(jiǎn)便、硬件改動(dòng)小、成本低、光損傷小的特點(diǎn)，為生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域，特別是活細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)程、多結(jié)構(gòu)的超分辨動(dòng)態(tài)研究提供了更為強(qiáng)大的視覺工具。
素材來源：深圳大學(xué)
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