再度揭開微觀世界 顯微鏡實現高保真三維活細胞成像
【化工儀器網 項目成果】人類受限于眼睛的觀察能力，對于微納米尺度物體的表面形貌始終抱有強烈的好奇心。自十六世紀第一臺簡易光學顯微鏡誕生以來，科研人員不斷探索并改進光學顯微鏡結構以實現對更小尺寸物體的觀測，推動傳統光學顯微鏡逐漸應用在工業測量、材料科學和生命科學研究等各個領域。
光學顯微鏡對于科學技術發展起到了不可忽視的推動作用，科學技術的不斷發展同樣對光學顯微鏡分辨率提出了越來越高的要求。然而，傳統光學顯微鏡受阿貝衍射極限的限制，白光下所能達到的最高分辨率僅為約200~300納米，制約了人類對于微觀世界的進一步探索。
由傅里葉光學理論可知，傳統光學顯微鏡無法突破衍射極限的原因是攜帶被觀測樣品表面高頻信息的倏逝波在垂直于樣品方向上傳播時振幅呈指數衰減，導致細節信息無法遠距離傳播。人們始終在搜尋一種能夠放大和增強最微小細節的顯微鏡。
超分辨率顯微鏡是一種突破衍射極限的方法，該極限是限制光學分辨率在約250納米左右的物理障礙。這已經通過多種顯微鏡技術的發展實現，包括結構化照明和受激發射抑制(STED)等。雖然這些系統可以在納米尺度上進行分子特性的表征，但大多數病理學科依賴電子顯微鏡(EM)的分辨率，因為超分辨率技術被認為不夠經濟高效，并且在某些情況下可能不便于使用。
超分辨率徑向波動(SRRF)提供了一種與基于LED系統兼容的增強光學分辨率的開源方法。通過基于局部徑向對稱性和時間波動的逐步處理，SRRF通過一個時間序列能夠生成一幅在60-150納米范圍內具有增強分辨率的單一圖像。然而迄今為止，SRRF主要在實驗性細胞生物學領域應用較多，因為與EM相比，它提供的分辨率范圍在臨床病理學上并沒有顯著的優勢。
近日，葡萄牙古爾本基安科學研究所的科學家利用增強型超分辨率徑向波動(eSRRF)，實現了高保真3D活細胞納米鏡檢查，其能以大約每秒1單位體積的驚人速度捕捉活細胞的快照。
eSRRF是一種猶如“魔杖”般的升級版超分辨率顯微鏡，將顯微成像帶到了一個新水平，為底層結構和分辨率提供了增強的保真度。eSRRF具有自動數據驅動的參數優化功能。它確定了重建所需的最佳幀數量，為科學家提供了輕松高效的成像體驗。
不僅如此，eSRRF的設計具有用戶友好性，可與各種顯微技術和生物系統無縫集成，因此研究人員可以無技術障礙地探索微觀領域。此外，eSRRF通過與多焦點顯微鏡合作超越維度，引領了3D超分辨率時代。
eSRRF為活細胞成像開辟了新的可能性。eSRRF不僅僅是為了提高圖像分辨率，更是能夠讓研究人員能基于定量的圖像質量測量來優化結果。新方法也為研究人員提供了一種動態工具，讓看不見的東西變得可見。
提高光學顯微鏡的分辨率極限始終是研究者的關注焦點之一。eSRRF可以放大和增強最微小的細節，揭示出一個超出傳統分辨率限制的世界。我們可以期待，eSRRF為從生物學到醫學的多個領域帶來革命性的變化。
(資料參考來源：科技日報)
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