近日,，新加坡國(guó)立大學(xué)蘇州研究院（以下簡(jiǎn)稱“新國(guó)大蘇研院”）生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新中心高級(jí)研究員陳南光及團(tuán)隊(duì)成員在超分辨顯微成像技術(shù)領(lǐng)域取得研究新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)光子學(xué)通訊》（Advanced Photonics Nexus）雜志,。研究人員開發(fā)了一種基于共聚焦狹縫檢測(cè)的高速共聚焦結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)在增強(qiáng)三維成像能力的同時(shí)能保持接近百幀每秒的成像速度,，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要意義,。

研究背景

光學(xué)顯微鏡是實(shí)驗(yàn)室中最常用的工具。在生物實(shí)驗(yàn)室中,，使用比較廣泛的是寬場(chǎng)熒光顯微鏡,，它操作簡(jiǎn)單，成像速度快,，但通常局限于觀測(cè)較薄的樣本如貼壁的培養(yǎng)細(xì)胞和組織薄切片,。為了克服這一缺點(diǎn)，許多不同類型的顯微鏡被提出,，如激光掃描共聚焦顯微鏡,，多光子顯微鏡，光片顯微鏡和結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡,。這四種顯微鏡各有應(yīng)用特點(diǎn)和使用優(yōu)勢(shì),，但同時(shí)也存在一定的不足，例如光片顯微鏡成像速度快,，切片能力好,，光漂白率低，但樣品臺(tái)的安裝相當(dāng)復(fù)雜,，同時(shí)需要光片位置對(duì)準(zhǔn)才能獲得最佳性能,；結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡可以在傳統(tǒng)寬場(chǎng)顯微鏡的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)超分辨成像以及更好的切片能力，但其三維成像能力對(duì)于厚樣品仍然不足,。

研究結(jié)果

為此,，陳南光團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于共聚焦狹縫檢測(cè)的高速共聚焦結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)在增強(qiáng)三維成像能力的同時(shí)能保持接近百幀每秒的成像速度,，還延續(xù)了結(jié)構(gòu)光照明實(shí)現(xiàn)超分辨成像的特點(diǎn),，并使用圖像多重掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)了各向同性的超分辨。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光照明模式不同,，這套系統(tǒng)的條紋結(jié)構(gòu)光是采用沃拉斯頓棱鏡的雙光束干涉來(lái)實(shí)現(xiàn),。這樣的結(jié)構(gòu)成本低并且光效率更高，配合電光調(diào)制器可以快速,、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)條紋相移,。此外,，針對(duì)光學(xué)切片和超分辨的功能，該系統(tǒng)優(yōu)化了結(jié)構(gòu)光條紋重建算法,，完成了對(duì)模擬的小球散射厚樣本,、熒光染色的海拉細(xì)胞和綠色熒光蛋白標(biāo)記的小鼠腦組織的三維成像實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了厚組織成像能力能達(dá)到500微米深,，分辨率最高達(dá)到150納米,，可以實(shí)現(xiàn)超分辨成像。

應(yīng)用前景

這項(xiàng)工作提出了一種結(jié)構(gòu)光顯微鏡的新方案,，在不影響成像速度的情況下,，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了背景抑制和超分辨，從而允許在大規(guī)模生物組織中擴(kuò)展三維成像應(yīng)用,，為生命科學(xué)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究提供了新的顯微成像模式,。

▲共聚焦多重掃描結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高速線掃描圖像采集，同時(shí)具備超分辨和光學(xué)切片能力,。

▲共聚焦多重掃描結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)(CR-SIM):(a)光路結(jié)構(gòu)圖和線掃描照明示意圖;(b) Thy1-EGFP轉(zhuǎn)基因小鼠大腦切片的傳統(tǒng)共聚焦圖像(左)和CR-SIM圖像(右)的并排比較;(c)放大圖(b)中藍(lán)色方框所在區(qū)域,，邊長(zhǎng)為2.4 μm。(d)沿(c)中水平(藍(lán)色)和垂直(綠色)實(shí)線的強(qiáng)度分布曲線圖;(e)厚度為209微米的小鼠大腦神經(jīng)元的三維結(jié)構(gòu)渲染圖,。