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中外科學(xué)家合作研發(fā)新型超分辨光學(xué)顯微成像系統(tǒng)

儀表研發(fā) 2017年06月21日 17:02:27來源:中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 12137
摘要近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員鄭煒與美國國立衛(wèi)生研究院教授合作,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)。

  【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員鄭煒與美國國立衛(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)。
 

 
  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。
 
  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》)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,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。
 
  該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(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。
 
  (原文標(biāo)題:深圳先進(jìn)院等在超分辨光學(xué)顯微成像方面取得進(jìn)展)

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