超分辨光學顯微成像研究方面獲進展

近日，近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員鄭煒與美國國立衛生研究院教授Hari Shroff合作，成功研發出新型雙光子激發的超分辨光學顯微成像系統，該系統同時具備超分辨光學顯微成像功能和大深度三維成像能力，使光學超分辨成像深度推進至破紀錄的250微米，相應研究成果Adaptive optics improves multiphotonsuper-resolution imaging（《自適應光學提升超分辨顯微成像》）最近發表在《自然-方法》（Nature Methods）上，鄭煒是該文的第一作者兼通訊作者。

「看得細」和「看得深」是光學顯微成像領域面臨的兩大挑戰，經過科研人員幾十年來的不懈努力，無論是在「看得細」還是「看得深」方面，都湧現了一批創新技術，取得了巨大成功，但是同時具備「看得細」和「看得深」這兩項功能的光學顯微成像技術卻並不多見。

在該項研究中，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(Two-Photon Microscopy, TPM)和具備超分辨成像功能的瞬時結構光照明顯微成像技術(InstantStructuredIllumination Microscopy, ISIM) 有機結合起來，實現雙光子激發的超分辨顯微成像功能。同時，研究人員又利用自適應光學(Adaptive Optics, AO)技術成功克服了由生物組織引起的波前相位畸變問題，最終實現176納米的橫向解析度、729納米的縱向解析度及250微米的探測深度的成像效果。利用該技術，可以對細胞、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，成像效果顯著優於傳統雙光子成像質量。值得一提的是，由於該技術提高了光子利用效率，從而降低了所需激光功率，可以對線蟲胚胎的發育過程開展長時間、高清晰的三維動態觀測。在長達1個小時的連續三維成像過程中未對線蟲胚胎髮育造成任何影響，該技術對胚胎髮育研究具有重要作用。

該研究得到了國家自然科學基金、國家重點基礎研究發展（「973」）計劃和深圳市海外高層次人才創新創業孔雀計劃的項目支持。

左圖為果蠅腦片在傳統雙光子成像（2P WF）、雙光子超分辨成像（2P ISIM）和結合有自適應光學的雙光子超分辨(2P ISIM AO)顯微成像結果對比，右上圖為位於膠原凝膠150微米深處細胞三維成像對比，可見無論是橫向還是縱向，新技術的解析度都有顯著提升。右下圖為線蟲胚胎髮育過程中連續1小時的三維觀測，細胞正常分裂進程證明了該技術可用於胚胎髮育動態研究。

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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