近日，哈爾濱工業大學聯合北京大學在光學超分辨顯微成像技術領域取得突破性進展。在低光毒性條件下，把結構光顯微鏡的解析度從110奈米提高到60奈米，實現長時程、超快速、活細胞超分辨成像。相關研究成果11月16日線上發表在《自然—生物技術》上。

顯微儀器的分辨能力代表人類對科學探索的邊界，2014年諾貝爾化學獎授予3位在超解析度熒光顯微技術領域取得重要成就的學者。近期，研究人員提出了一種可突破光學衍射極限的計算顯微成像的演算法，利用熒光成像的前向物理模型與壓縮感知理論，並結合稀疏性與時空連續性的雙約束條件，建立起一個通用的解算框架——稀疏解卷積技術，突破了現有光學超分辨顯微系統的硬體限制，擴展了時空解析度和頻譜。

此次，科研團隊開發出超快結構光超分辨熒光顯微鏡系統，該系統具有超分辨、高通量、非侵入、低毒性等特點，在高速成像條件下，具備優於60奈米的解析度和超過1小時的超長時間活細胞動態成像性能。利用該顯微鏡系統，首次在活細胞狀態下觀察到胰島分泌過程中具有的兩種特徵的融合孔道，第一次利用線性結構光顯微鏡觀察到只有在非線性條件下才能分辨的環狀的不同蛋白標記的核孔複合體與小窩蛋白。此外，研究人員還展示了利用該影像技術解析肌動蛋白動態網路、細胞深處溶酶體和脂滴的快速行為，並記錄了雙色線粒體內外膜之間的精細相對運動。

該研究在物理和化學方法基礎上，首次從計算的角度提出了突破光學衍射極限的通用模型，是目前活細胞光學顯微成像中解析度最高、速度最快、成像時間最長的超分辨顯微儀器。該技術框架也被證明適用於目前多數熒光顯微鏡成像系統模態，均可實現近兩倍的穩定空間解析度提升，為精準醫療和新藥研發提供了新一代生物醫學超分辨影像儀器，使未來大幅度加速疾病模型的高精度表徵成為可能。（卜葉）

相關論文資訊：https://doi.org/10.1038/s41587-021-01092-2