再度揭開微觀世界 顯微鏡實(shí)現(xiàn)高保真三維活細(xì)胞成像
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】人類受限于眼睛的觀察能力，對于微納米尺度物體的表面形貌始終抱有強(qiáng)烈的好奇心。自十六世紀(jì)第一臺簡易光學(xué)顯微鏡誕生以來，科研人員不斷探索并改進(jìn)光學(xué)顯微鏡結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)對更小尺寸物體的觀測，推動傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡逐漸應(yīng)用在工業(yè)測量、材料科學(xué)和生命科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域。
光學(xué)顯微鏡對于科學(xué)技術(shù)發(fā)展起到了不可忽視的推動作用，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展同樣對光學(xué)顯微鏡分辨率提出了越來越高的要求。然而，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡受阿貝衍射極限的限制，白光下所能達(dá)到的最高分辨率僅為約200~300納米，制約了人類對于微觀世界的進(jìn)一步探索。
由傅里葉光學(xué)理論可知，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡無法突破衍射極限的原因是攜帶被觀測樣品表面高頻信息的倏逝波在垂直于樣品方向上傳播時(shí)振幅呈指數(shù)衰減，導(dǎo)致細(xì)節(jié)信息無法遠(yuǎn)距離傳播。人們始終在搜尋一種能夠放大和增強(qiáng)最微小細(xì)節(jié)的顯微鏡。
超分辨率顯微鏡是一種突破衍射極限的方法，該極限是限制光學(xué)分辨率在約250納米左右的物理障礙。這已經(jīng)通過多種顯微鏡技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)，包括結(jié)構(gòu)化照明和受激發(fā)射抑制(STED)等。雖然這些系統(tǒng)可以在納米尺度上進(jìn)行分子特性的表征，但大多數(shù)病理學(xué)科依賴電子顯微鏡(EM)的分辨率，因?yàn)槌直媛始夹g(shù)被認(rèn)為不夠經(jīng)濟(jì)高效，并且在某些情況下可能不便于使用。
超分辨率徑向波動(SRRF)提供了一種與基于LED系統(tǒng)兼容的增強(qiáng)光學(xué)分辨率的開源方法。通過基于局部徑向?qū)ΨQ性和時(shí)間波動的逐步處理，SRRF通過一個(gè)時(shí)間序列能夠生成一幅在60-150納米范圍內(nèi)具有增強(qiáng)分辨率的單一圖像。然而迄今為止，SRRF主要在實(shí)驗(yàn)性細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較多，因?yàn)榕cEM相比，它提供的分辨率范圍在臨床病理學(xué)上并沒有顯著的優(yōu)勢。
近日，葡萄牙古爾本基安科學(xué)研究所的科學(xué)家利用增強(qiáng)型超分辨率徑向波動(eSRRF)，實(shí)現(xiàn)了高保真3D活細(xì)胞納米鏡檢查，其能以大約每秒1單位體積的驚人速度捕捉活細(xì)胞的快照。
eSRRF是一種猶如“魔杖”般的升級版超分辨率顯微鏡，將顯微成像帶到了一個(gè)新水平，為底層結(jié)構(gòu)和分辨率提供了增強(qiáng)的保真度。eSRRF具有自動數(shù)據(jù)驅(qū)動的參數(shù)優(yōu)化功能。它確定了重建所需的最佳幀數(shù)量，為科學(xué)家提供了輕松高效的成像體驗(yàn)。
不僅如此，eSRRF的設(shè)計(jì)具有用戶友好性，可與各種顯微技術(shù)和生物系統(tǒng)無縫集成，因此研究人員可以無技術(shù)障礙地探索微觀領(lǐng)域。此外，eSRRF通過與多焦點(diǎn)顯微鏡合作超越維度，引領(lǐng)了3D超分辨率時(shí)代。
eSRRF為活細(xì)胞成像開辟了新的可能性。eSRRF不僅僅是為了提高圖像分辨率，更是能夠讓研究人員能基于定量的圖像質(zhì)量測量來優(yōu)化結(jié)果。新方法也為研究人員提供了一種動態(tài)工具，讓看不見的東西變得可見。
提高光學(xué)顯微鏡的分辨率極限始終是研究者的關(guān)注焦點(diǎn)之一。eSRRF可以放大和增強(qiáng)最微小的細(xì)節(jié)，揭示出一個(gè)超出傳統(tǒng)分辨率限制的世界。我們可以期待，eSRRF為從生物學(xué)到醫(yī)學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域帶來革命性的變化。
(資料參考來源：科技日報(bào))
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