近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)(以下簡稱哈工大)儀器學(xué)院現(xiàn)代顯微儀器研究所在光學(xué)超分辨顯微成像技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進展。研究團隊在低光毒性條件下，把結(jié)構(gòu)光顯微鏡的分辨率從110納米提高到60納米，實現(xiàn)了長時程、超快速、活細胞超分辨成像。11月16日，研究成果在線發(fā)表于國際權(quán)威雜志《自然·生物技術(shù)》。
顯微儀器的分辨能力代表人類對科學(xué)探索的邊界。哈工大現(xiàn)代顯微儀器研究所團隊提出了一種可突破光學(xué)衍射極限的計算顯微成像算法，利用熒光成像的前向物理模型與壓縮感知理論，并結(jié)合稀疏性與時空連續(xù)性的雙約束條件，建立起一個通用的解算框架——稀疏解卷積技術(shù)，突破了現(xiàn)有光學(xué)超分辨顯微系統(tǒng)的硬件限制，擴展了時空分辨率和頻譜。
在此基礎(chǔ)上，研究團隊研發(fā)了超快結(jié)構(gòu)光超分辨熒光顯微鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有超分辨、高通量、非侵入、低毒性等特點，在高速成像條件下，具備優(yōu)于60納米的分辨率和超過1小時的超長時間活細胞動態(tài)成像性能。團隊首次觀察到了胰島分泌過程中具有的兩種特征的融合孔道，第一次利用線性結(jié)構(gòu)光顯微鏡觀察到只有在非線性條件下才能分辨的環(huán)狀的不同蛋白標記的核孔復(fù)合體與小窩蛋白。此外，研究人員還展示了利用該影像技術(shù)解析肌動蛋白動態(tài)網(wǎng)絡(luò)、細胞深處溶酶體和脂滴的快速行為，并記錄了雙色線粒體內(nèi)外膜之間的精細相對運動。
該項工作在物理和化學(xué)方法基礎(chǔ)上，首次從計算的角度提出了突破光學(xué)衍射極限的通用模型，實現(xiàn)了從0到1的原理創(chuàng)新，是目前活細胞光學(xué)顯微成像中分辨率最高(60納米)、速度最快(564幀/秒)、成像時間最長(1小時以上)的超分辨顯微儀器。該技術(shù)框架也被證明適用于目前多數(shù)熒光顯微鏡成像系統(tǒng)模態(tài)，均可實現(xiàn)近兩倍的穩(wěn)定空間分辨率提升，為精準醫(yī)療和新藥研發(fā)提供了新一代生物醫(yī)學(xué)超分辨影像儀器，使未來大幅度加速疾病模型的高精度表征成為可能。(記者 李麗云)
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