超分辨显微镜

p style="text-align: justify text-indent: 2em "中国科学院上海高等研究院宏观量子中心研究员王中阳课题组和中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学实验室研究员韩申生课题组合作，首次提出利用鬼成像方法加快超分辨率荧光光学显微镜的成像速度。新方法有望捕获细胞内以亚毫秒速度发生的生物过程。相关研究成果以Single-frame wide-field nanoscopy based on ghost imaging via sparsity constraints 为题发表在美国光学学会刊物OPTICA上（DOI: 10.1364 / OPTICA.6.001515），并被美国光学学会（The Optical Society, OSA）作为高影响研究工作在发表的同时同步向媒体进行宣传推广。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "超分辨光学显微技术通过克服光的衍射极限来实现纳米级的分辨率。尽管传统超分辨显微镜可以定位细胞内单个分子，并构建超分辨图像，但在活细胞中却很难使用，因为重建图像需要成百上千帧——这个过程太慢，无法捕捉快速变化的动力学过程。为了解决这个问题，该研究团队将随机相位调制器加入到荧光显微镜中实现荧光信号的编码，并结合鬼成像技术与随机测量压缩感知方法，大幅度提高图像信息获取效率，数量级地减少重构超分辨图像所需的采样帧数。研究结果表明，在高标记密度下只需要通过单帧荧光图像的采样就可实现80nm分辨率的超分辨光学成像。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "此外，研究的新方法还与2014年诺贝尔奖三大超分辨率技术之一的随机光学重建显微镜(STORM)相结合，将STORM的采样帧数减少了一个数量级以上。研究结果显示成像一个60nm的环，该方法只用10帧图像就可以重构图像，而传统的STORM方法需要多达4000帧图像才能达到同样的效果。该方法还实现用100帧图像分辨40nm标尺。并且研究的超分辨成像显微镜不需要高的照明强度，这有助于减少光漂白和光毒性，有利于长时间的动态生物过程和活细胞成像研究。因此这项创新技术有望在生物、医学等超分辨显微成像研究领域得到广泛的应用。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "文章的第一作者是上海高研院博士研究生李文文。该工作受到国家重点研发计划（“数字诊疗装备研发”专项）的资助。 /pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 516px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/bdc8a826-986f-499a-b428-d54bb5a2570c.jpg" title="显微镜装置示意图与重构结果.jpg" alt="显微镜装置示意图与重构结果.jpg" width="600" height="516" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图：显微镜装置示意图与重构结果/p

p　　12月26日，由中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(简称“苏州医工所”)承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨显微光学核心部件及系统研制”通过验收，标志着我国具备了高端超分辨光学显微镜的研制能力。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/f803a627-1300-4f36-923e-c53c4d3ad202.jpg" title="1123909972_15458328762871n_副本.jpg" alt="1123909972_15458328762871n_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong科研人员在用自主研制的激光扫描共聚焦显微镜观察细胞结构。/strong/ppstrong/strong/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/603787a6-59a2-4609-bb37-a8c293834c42.jpg" title="1123909972_15458328763351n_副本.jpg" alt="1123909972_15458328763351n_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong科研人员在用自主研制的双光子-STED显微镜观察亚细胞结构。/strong/pp　　在当今生物学和基础医学研究中，高/超分辨光学显微镜发挥着至关重要的作用，10-100nm尺度的超分辨显微光学成像是取得原创性研究成果的重要手段。我国对光学显微镜特别是高端光学显微镜的需求极其旺盛，但基本依赖于进口，这严重制约了我国生物学和基础医学等相关前沿领域的创新。/pp　　历时五年攻关，苏州医工所科研人员全面突破大数值孔径物镜、特种光源、新型纳米荧光增强试剂、系统集成与检测等关键技术，已经申请90余项国家发明专利，其中获得授权30余项 研制出激光扫描共聚焦显微镜、双光子显微镜、受激发射损耗(STED)超分辨显微镜、双光子-STED显微镜等高端光学显微镜整机 建成了高端显微光学加工、装调、检测以及显微镜整机技术集成工程化平台，培养出一支具备研制复杂精密高端光学显微镜能力的研发团队，为我国高端光学显微镜的发展提供了系统解决方案。/pp　　苏州医工所研制的超分辨显微镜或核心部件已在国内外多家研究机构使用并已取得部分成果。如：中科院动物所利用高端光学显微镜观察发育生物学中的基本现象，研究潜在调控机制。中科院药物所应用高端光学显微镜观察药物胞内靶向定位和输送，加速创新性新药研发。美国斯坦福大学、日本东京大学、陆军军医大学脑科学研究中心等专业实验室利用双光子显微成像技术进行了信息识别、行为控制等脑科学核心问题的研究以及动物在体成像实验，获得了高分辨实时神经元活动成像数据。/pp　　目前，显微镜和关键部件已有部分成果实现销售，例如：双光子显微镜已销往德国、以色列、美国等多家国外研究机构。北京大学、中科院神经科学研究所等国内科研机构也使用了该设备。具有自主知识产权的特种LED光源体系具备了国际竞争力，支撑了包括新一代投影、光医疗仪器以及远程照明等新兴产业的快速发展。共聚焦显微镜也已完成工程化，拟进行产业化生产和销售。/pp　　该项目的成功实施，极大改善了我国高端光学显微镜基本依赖进口的状况，对满足我国生物医学等前沿基础研究的定制化需求、提升创新能力，以及推动我国光学显微镜行业转型升级具有重要的战略意义。下一步，苏州医工所将结合研究所工程化及成果转化创新模式，实现科技成果在研发平台、工程化平台、产业化平台、市场平台的高效对接，通过系列化、组合化的产品布局，对显微镜系统和核心部件进行工程化、产业化。/p

近, 法国abbelight公司研发的模块化多功能单分子定位显微 (SMLM)系统凭借其有的DAISY等技术在3D超分辨成像领域取得重大突破，在学术界引起了广泛的关注。该系统次实现在三维空间上的15 nm超3D定位；且因为模块化设计具有高兼容，仅需使用一个c-mount接口即可将客户的倒置荧光显微镜升成超分辨显微镜，是佳的超分辨搭建方案。 轴向延伸 定位Abbeligh公司系列超分辨模块采用了先进且特的双通路DAISY技术能够将以往定位不佳的Z轴精度提高到15 nm，真正实现三维空间上的15 nm超3D定位。同时此技术巧妙地结合DONALD和SAF技术的优势，有效解决采集过程中的热漂移和多色成像中不同波长激光位置不同等问题，大幅度提高了长时间和多色成像的度，并且还可实现多4色的同时3D成像。超大视野 图像采集在光路方面，SAFe light 能够实现在较低激光能量下对大视野图像的均匀照射。这使得abbelight能够在不增加采集时间的前提下，一次性采集200 × 200 μm2 范围内的图像，并且能够保证图像照射光的整体均一性。灵活兼容 轻松升abbelight具有高度兼容性，仅需使用一个c-mount接口即可将您的倒置荧光显微镜升成超分辨显微镜，并且基本不会破坏显微镜的原有功能，节约您的预算与空间。（除了模块外，abbelight也提供完整的超分辨系统）先进软件 功能强大abbelight 同时还是一台十分简便易用的设备，该设备的NEO软件简单、直观、优化良好，可提供全面的参数控制命令、实时3D漂移校正、实时3D重构图像、高速3D定位图像处理、空间分析和测量、分辨率计算等功能。初次应用 轻松上手对于超分辨中的光漂问题，abbelight的商业化成像液能够有效的降低成像过程中的光漂作用。对于初学者来说，abbelight 还提供全面的技术支持，帮助您快速的建立自己的超分辨观测方法，打开超分辨大门，助力科之路。【新发表文章】[1]. Belkahla, Hanen, et al. "Carbon dots, a powerful non-toxic support for bioimaging by fluorescence nanoscopy and eradication of bacteria by photothermia." Nanoscale Advances (2019).[2]. Jimenez, Angélique, Karoline Friedl, and Christophe Leterrier. "About samples, giving examples: Optimized Single Molecule Localization Microscopy." bioRxiv (2019): 568295.[3]. Cabriel, Clément, et al. "Combining 3D single molecule localization strategies for reproducible bioimaging." Nature communications 10.1 (2019): 1980.[4]. Capmany, Anahi, et al. "MYO1C stabilizes actin and facilitates the arrival of transport carriers at the Golgi complex." J Cell Sci 132.8 (2019): jcs225029.