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光学工程
新型超分辨成像:探索细胞世界的奥秘

十七世纪光学显微技术的发明,让人类第一次看清了数以百计的微小生物,将一个全新的微观世界呈现在人类视野里。

上世纪九十年代兴起的超分辨显微术则是引领光学显微进入了纳米时代,让科学家们开启了活体细胞的探秘之旅。然而目前的超分辨显微术遇到了诸如硬件装置复杂、信噪比低、像差干扰、成像速度慢等多种瓶颈。


图1 VIKMOM的成像原理图

近日,浙江大学光电学院刘旭/匡翠方教授课题组提出了一种新型的超分辨光学显微成像方法(VIKMOM),并藉此技术实现了对活体细胞的非侵入性的实时三维超分辨多色成像。相关成果以Virtual k-Space Modulation Optical Microscopy为题发表于2016年7月6日出版的Phys. Rev. Lett. [117, 028102 (2016)]上。

VIKMOM利用一个探测器阵列代替传统共聚焦显微镜中的点探测器来接收样品的图像信息,通过加载不同的数字图样对阵列信息进行虚拟波矢调制;再通过一种独特的迭代算法,从调制后的图像中重构出物体的超分辨图像。VIKMOM已成功复原了牛肺动脉内皮细胞(图2)和人体星型胶质细胞的内部构造,清晰记录了它们活体状态下动态的活动过程。


图2 牛肺动脉内皮细胞线粒体的共聚焦、Airyscan以及VIKMOM成像对比图

通过与Airyscan、SIM、STED等当今流行的超分辨成像技术对比,VIKMOM显示出了优越的抗噪性、相差矫正能力和切片能力。这一技术突破了已有技术的瓶颈,有望应用于多种类型的活体细胞的实时动态观测,对生命科学的研究具有重大意义。

 

论文链接:http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.028102


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