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光學工程
新型超分辨成像:探索細胞世界的奧秘

十七世紀光學顯微技術的發明,讓人類第一次看清了數以百計的微小生物,將一個全新的微觀世界呈現在人類視野里。

上世紀九十年代興起的超分辨顯微術則是引領光學顯微進入了納米時代,讓科學家們開啟了活體細胞的探秘之旅。然而目前的超分辨顯微術遇到了諸如硬件裝置復雜、信噪比低、像差干擾、成像速度慢等多種瓶頸。


圖1 VIKMOM的成像原理圖

近日,浙江大學光電學院劉旭/匡翠方教授課題組提出了一種新型的超分辨光學顯微成像方法(VIKMOM),并藉此技術實現了對活體細胞的非侵入性的實時三維超分辨多色成像。相關成果以Virtual k-Space Modulation Optical Microscopy為題發表于2016年7月6日出版的Phys. Rev. Lett. [117, 028102 (2016)]上。

VIKMOM利用一個探測器陣列代替傳統共聚焦顯微鏡中的點探測器來接收樣品的圖像信息,通過加載不同的數字圖樣對陣列信息進行虛擬波矢調制;再通過一種獨特的迭代算法,從調制后的圖像中重構出物體的超分辨圖像。VIKMOM已成功復原了牛肺動脈內皮細胞(圖2)和人體星型膠質細胞的內部構造,清晰記錄了它們活體狀態下動態的活動過程。


圖2 牛肺動脈內皮細胞線粒體的共聚焦、Airyscan以及VIKMOM成像對比圖

通過與Airyscan、SIM、STED等當今流行的超分辨成像技術對比,VIKMOM顯示出了優越的抗噪性、相差矯正能力和切片能力。這一技術突破了已有技術的瓶頸,有望應用于多種類型的活體細胞的實時動態觀測,對生命科學的研究具有重大意義。

 

論文鏈接:http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.028102


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