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(duì)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(tái)簡(jiǎn)易光學(xué)顯微鏡誕生以來(lái)，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(duì)更小尺寸物體的觀測(cè)，推動(dòng)傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡逐漸應(yīng)用在工業(yè)測(cè)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(duì)于科學(xué)技術(shù)發(fā)展起到了不可忽視的推動(dòng)作用，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展同樣對(duì)光學(xué)顯微鏡分辨率提出了越來(lái)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(duì)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(wú)法突破衍射極限的原因是攜帶被觀測(cè)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(wú)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(guò)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(dòng)(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(guò)基于局部徑向?qū)ΨQ性和時(shí)間波動(dòng)的逐步處理，SRRF通過(guò)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(méi)有顯著的優(yōu)勢(shì)。
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(dòng)(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(jí)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(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(wú)縫集成，因此研究人員可以無(wú)技術(shù)障礙地探索微觀領(lǐng)域。此外，eSRRF通過(guò)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(cè)量來(lái)優(yōu)化結(jié)果。新方法也為研究人員提供了一種動(dòng)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(lái)革命性的變化。
(資料參考來(lái)源：科技日?qǐng)?bào))
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