高端光镜发展趋势：机器学习、多模态、分辨率和成像深度突破

 随着生命科学研究的逐步深入，现有的共聚焦显微镜级别分辨率（约200 nm）已不能完全满足细胞器和分子水平上的研究。尽管电子显微镜能达到纳米级的分辨率，能够观察到细胞内部囊泡、线粒体等细胞器的定位，但是由于缺乏特异性的探针标记，不适合定位单个蛋白分子，也不适合观察活细胞的动态变化过程，不能满足现有的科研需求，因此超高分辨率荧光显微镜成为许多研究者的首选。

LiveCodim模块化超高分辨率共聚焦显微镜

近年来，各大显微镜厂家纷纷推出具有不同特点的超高分辨率显微成像系统，但是除了整机的解决方案，多功能的超分辨升级模块也是众多实验室在选择超分辨系统的一大趋势。基于这一需求，法国Telight公司推出了一款模块化超高分辨率共聚焦显微镜—LiveCodim。

LiveCodim模块化超高分辨率共聚焦显微镜

LiveCodim通过独有的锥形光衍射成像技术实现了实时超高分辨率成像，以结构光扫描成像的方式实现了宽场、共聚焦和超高分辨率成像三合一的模式（图一），适用于不同的观测体系，横向分辨率可以达到120nm，LiveCodim模块能够适配绝大多数的倒置荧光显微镜。升级后的超高分辨率显微镜不会破坏原有显微镜的功能，可以节约用户的预算与空间，扩展原有成像系统的功能，为实时活细胞超分辨观测提供一个性价比最高的解决方案。

图一 LiveCodim宽场、共聚焦、超分辨模式下观测细胞骨架

LiveCodim模块基于锥形光衍射技术实现超分辨成像，分辨率高达120 nm，z轴观测深度高达50 μm，可以用于观测诸如细胞骨架，线粒体，溶酶体等细胞器结构，蛋白分布与定位关系以及细胞器动态变化，小分子转运和细胞分裂等非常精密的动力学过程，实现x，y，z，时间序列，多通道的实时超分辨成像。适合观测细胞器结构，全细胞或者是切片类不同样本，进行固定细胞或者活细胞成像。可以广泛的应用于神经生物学、细胞生物学、免疫学、病毒学等不同的生命科学领域。如图二，为三种不同成像模式下观测线粒体的动态变化过程。LiveCodim系统的锥形光衍射成像技术具有低光毒性的特点，普通的荧光样品即可进行成像观测，无需特定荧光染料，制样要求简单，可以进行长时间观测，通过z-stacking功能可以实现多通道深度成像，如图三为细胞分裂的三维多通道成像效果展示。

图二 不同成像模式下观测线粒体的动态变化

图三 细胞分裂的三维多色成像

高端显微镜技术发展四大趋势

目前的光学显微镜从单分子，细胞器，细胞乃至组织，器官不同的层次都有不同的成像观测技术与手段，光学显微成像系统的发展方向大致可以分为分辨率、成像深度、成像速度和多模态等几个方面。

在分辨率角度上，Min-Flux技术（超高分辨率显微技术，有人称其为“诺奖之后的超分辨技术”）可以实现最高1-2 nm的横向分辨率，但是仍受到样品类型各方面因素的影响，应用相对受限。因此基于现有的单分子定位，结构光照明，共聚焦或者光片成像等不同技术的分辨率进一步突破仍是不同技术的发展趋势之一。

同时，基于现有的技术，进一步提高成像速度，拓宽成像深度，将超分辨率成像从细胞层次提升到组织层次的成像也是一大方向。此外，随着机器学习的能力加强，通过不同的有效的机器学习的方法提高复杂体系的成像效果和图像质量也是诸多学者和公司的重点研究方向。除了光学显微成像系统本身，诸如光电联合等多模态的成像系统也是未来的进一步发展趋势。