深圳等成功研發(fā)出新型超分辨光學(xué)顯微成像系統(tǒng)

近日，中國科學(xué)院深圳技術(shù)研究院研究員鄭煒與美國國立衛(wèi)生研究院教授Hari Shroff合作，成功研發(fā)出新型雙光子激發(fā)的超分辨光學(xué)顯微成像系統(tǒng)。

該系統(tǒng)同時具備超分辨光學(xué)顯微成像功能和大深度三維成像能力，使光學(xué)超分辨成像深度推進(jìn)至破紀(jì)錄的250微米，相應(yīng)研究成果(《自適應(yīng)光學(xué)提升超分辨顯微成像》)最近發(fā)表在《自然-方法》(Nature Methods)上。

“看得細(xì)”和“看得深”是光學(xué)顯微成像領(lǐng)域面臨的兩大挑戰(zhàn)，經(jīng)過科研人員幾十年來的不懈努力，無論是在“看得細(xì)”還是“看得深”方面，都涌現(xiàn)了一批創(chuàng)新技術(shù)，取得了巨大成功，但是同時具備“看得細(xì)”和“看得深”這兩項(xiàng)功能的光學(xué)顯微成像技術(shù)卻并不多見。

在該項(xiàng)研究中，鄭煒等人把具備深層生物組織成像能力的雙光子顯微成像技術(shù)(Two-Photon TPM)和具備超分辨成像功能的瞬時結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)雙光子激發(fā)的超分辨顯微成像功能。同時，研究人員又利用自適應(yīng)光學(xué)(Adaptive Optics, AO)技術(shù)成功克服了由生物組織引起的波前相位畸變問題，最終實(shí)現(xiàn)176納米的橫向分辨率、729納米的縱向分辨率及250微米的探測深度的成像效果。利用該技術(shù)，可以對細(xì)胞、線蟲胚胎及幼蟲、果蠅腦片和斑馬魚胚胎開展高清晰三維成像研究，成像效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)雙光子成像質(zhì)量。值得一提的是，由于該技術(shù)提高了光子利用效率，從而降低了所需激光功率，可以對線蟲胚胎的發(fā)育過程開展長時間、高清晰的三維動態(tài)觀測。在長達(dá)1個小時的連續(xù)三維成像過程中未對線蟲胚胎發(fā)育造成任何影響，該技術(shù)對胚胎發(fā)育研究具有重要作用。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家基礎(chǔ)研究發(fā)展(“973”)計(jì)劃和深圳市海外高層次人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孔雀計(jì)劃的項(xiàng)目支持。

編輯點(diǎn)評

該項(xiàng)研究將雙光子顯微成像技術(shù)與順勢結(jié)構(gòu)光照明顯顯微成像技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了超分辨顯微成像功能，同時，提高了光子利用效率，有助于快速對線蟲胚胎發(fā)育進(jìn)行三維成像研究，對生物領(lǐng)域胚胎研究工作具有重要意義。