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分辨率提高3倍！多色超分辨結(jié)構(gòu)光照明顯微鬼成像研究獲新突破
2025年07月28日 11:22:52
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：452
近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)熒光微球和熒光染色細(xì)胞的超分辨成像，空間分辨率超衍射限約2.65倍，多色成像的時(shí)間分辨率相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡提高3倍。
近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部韓申生研究員、劉震濤副研究員團(tuán)隊(duì)在多色超分辨結(jié)構(gòu)光照明顯微鬼成像方面取得突破，為生命科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了全新的工具與視角。相關(guān)研究成果以“Multicolor super-resolution structured illumination microscopy based on snapshot spectral ghost imaging via sparsity constraints”為題，發(fā)表于ACS Photonics。
超分辨多色熒光顯微在活細(xì)胞成像、醫(yī)療診斷等方面有重要的應(yīng)用前景。結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡(SIM)因其采用寬場(chǎng)照明的方式更適合多色活細(xì)胞成像。但傳統(tǒng)的多色SIM成像需對(duì)各光譜通道圖像分時(shí)序采集，降低時(shí)間分辨率，或利用多相機(jī)同時(shí)采集會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。
針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型的多色結(jié)構(gòu)光照明超分辨顯微技術(shù)，將結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡與快照式鬼成像光譜相機(jī)(GISC Spectral Camera)相結(jié)合，利用結(jié)構(gòu)光照明和熒光信號(hào)的稀疏先驗(yàn)來(lái)提高空間分辨率，利用鬼成像光譜相機(jī)的單次曝光多色成像優(yōu)勢(shì)來(lái)提高時(shí)間分辨率。
實(shí)驗(yàn)上搭建了一套結(jié)構(gòu)光照明三色熒光顯微鬼成像裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熒光微球和熒光染色細(xì)胞的超分辨成像，空間分辨率超衍射限約2.65倍，多色成像的時(shí)間分辨率相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡提高3倍。該技術(shù)成功應(yīng)用于玉米莖細(xì)胞樣品的超分辨成像，清晰解析了相鄰細(xì)胞器的精細(xì)結(jié)構(gòu)。其高效的多色單曝光的成像能力，有望對(duì)細(xì)胞器相互作用、藥物遞送等動(dòng)態(tài)過(guò)程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)。
“鬼”成像又稱雙光子成像或關(guān)聯(lián)成像，是一種利用雙光子復(fù)合探測(cè)恢復(fù)待測(cè)物體空間信息的一種新型成像技術(shù)。傳統(tǒng)的光學(xué)觀察是基于光場(chǎng)的強(qiáng)度的分布測(cè)量，關(guān)聯(lián)光學(xué)則基于光場(chǎng)的強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)測(cè)量，并且現(xiàn)有的成像技術(shù)主要利用光場(chǎng)的一階關(guān)聯(lián)信息(強(qiáng)度與位相)，而經(jīng)典“鬼”成像利用的光場(chǎng)的二階關(guān)聯(lián)被認(rèn)為是一種強(qiáng)度波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)相關(guān)。簡(jiǎn)而言之，“鬼”成像就是讓一臺(tái)高分辨率照相機(jī)為一個(gè)它本身并不能看到的物體成像。
下一步，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深耕基礎(chǔ)理論研究，探索更多可能性，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的轉(zhuǎn)化，推動(dòng)該技術(shù)的推廣應(yīng)用。
素材來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
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