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分辨率是普通共聚焦顯微鏡的4倍！超分辨光學成像研究獲突破
2025年06月23日 11:10:33
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：6942
熒光強度比率編碼與差分(FIRED)超分辨成像技術可以將普通共聚焦顯微鏡的成像分辨率提升4倍，橫向分辨率最高可達71.2nm，為生物醫(yī)學和材料科學領域，特別是活細胞長時程、多結(jié)構(gòu)的超分辨動態(tài)研究提供了更為強大的視覺工具。
近日，深圳大學物理與光電工程學院醫(yī)學光子學創(chuàng)新研究院碩士生朱雪鋼提出了一種基于熒光強度比率權重的編碼差分技術。該技術可以將普通共聚焦顯微鏡的成像分辨率提升4倍，橫向分辨率最高可達71.2nm。相關研究成果以“Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference”為題發(fā)表在Nature Index期刊Nano Letters(影響因子：9.6)上。
朱雪鋼的研究聚焦于超分辨光學成像技術，這也是當前科學研究中的一個熱點和難點。遠場光學顯微鏡是揭示生物分子結(jié)構(gòu)與動態(tài)的重要工具，但受限于光學衍射極限。此次研究創(chuàng)新性地提出了熒光強度比率編碼與差分(FIRED)超分辨成像技術。該方法基于傳統(tǒng)共聚焦系統(tǒng)，僅需簡單升級增加環(huán)形光路，利用相同波長的高斯光束與環(huán)形光束分別激發(fā)樣本，獲取兩幅圖像。通過對圖像像素強度進行特定比率運算生成權重矩陣，并應用于原始圖像進行編碼，再結(jié)合差分處理，有效突破衍射極限。
實驗結(jié)果表明，F(xiàn)IRED技術能將普通共聚焦顯微鏡的橫向分辨率提升約4倍(例如，熒光微球樣品中從298.0 nm提升至71.2 nm)，圖像信背比(SBR)也顯著提高。該技術兼容普通熒光染料，所需激光功率密度極低(~1.72 kW/cm2，比STED低3-4個數(shù)量級)，光毒性小，并保留了共聚焦的光學層切能力。
此外，朱雪鋼還通過大量的實驗驗證了該技術的可靠性和實用性，為后續(xù)的應用研究奠定了堅實的基礎。在固定細胞和活細胞的多種細胞器(微管、核孔復合體、溶酶體、線粒體)中均得到有效驗證，展現(xiàn)出了優(yōu)異的通用性。
此次研究成果不僅具有重要的學術價值，更具有廣泛的應用前景。FIRED技術操作簡便、硬件改動小、成本低、光損傷小的特點，為生物醫(yī)學和材料科學領域，特別是活細胞長時程、多結(jié)構(gòu)的超分辨動態(tài)研究提供了更為強大的視覺工具。
素材來源：深圳大學
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