新型雙光子激發(fā)的超分辨光學(xué)顯微成像系統(tǒng)研制成功

  近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員鄭煒與美國(guó)國(guó)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(shí)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Adaptive optics improves multiphoton super-resolution imaging(《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(shí)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 Microscopy, TPM)和具備超分辨成像功能的瞬時(shí)結(jié)構(gòu)光照明顯微成像技術(shù)(InstantStructuredIllumination Microscopy, ISIM) 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(shí)，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(cè)深度的成像效果。利用該技術(shù)，可以對(duì)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(duì)線蟲胚胎的發(fā)育過程開展長(zhǎng)時(shí)間、高清晰的三維動(dòng)態(tài)觀測(cè)。在長(zhǎng)達(dá)1個(gè)小時(shí)的連續(xù)三維成像過程中未對(duì)線蟲胚胎發(fā)育造成任何影響，該技術(shù)對(duì)胚胎發(fā)育研究具有重要作用。
 該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)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。
 左圖為果蠅腦片在傳統(tǒng)雙光子成像(2P WF)、雙光子超分辨成像(2P ISIM)和結(jié)合有自適應(yīng)光學(xué)的雙光子超分辨(2P ISIM AO)顯微成像結(jié)果對(duì)比，右上圖為位于膠原凝膠150微米深處細(xì)胞三維成像對(duì)比，可見無論是橫向還是縱向，新技術(shù)的分辨率都有顯著提升。右下圖為線蟲胚胎發(fā)育過程中連續(xù)1小時(shí)的三維觀測(cè)，細(xì)胞正常分裂進(jìn)程證明了該技術(shù)可用于胚胎發(fā)育動(dòng)態(tài)研究。
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    該項(xiàng)研究將雙光子顯微成像技術(shù)與順勢(shì)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(shí)，提高了光子利用效率，有助于快速對(duì)線蟲胚胎發(fā)育進(jìn)行三維成像研究，對(duì)生物領(lǐng)域胚胎研究工作具有重要意義。

（據(jù)化工儀器在線）