超級顯微鏡揭秘：首次全景捕捉細胞間交互行為
【化工儀器網(wǎng) 時事熱點】近日，《細胞》雜志刊發(fā)了清華大學戴瓊海、郭增才、吳嘉敏等人最新研究成果，宣布了新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D系統(tǒng)的問世。在兼具厘米級三維視場與亞細胞分辨率的同時，能夠以20赫茲的高速三維成像速度實現(xiàn)長達數(shù)十小時的連續(xù)低光毒性觀測，首次全景式地記錄了器官尺度下大規(guī)模細胞間的交互行為。
在生物體內(nèi)，細胞之間的通信對于維持生命活動至關重要。傳統(tǒng)的顯微鏡技術由于分辨率的限制，很難捕捉到這些精細的交互行為。而超級顯微鏡的出現(xiàn)，使得科學家們能夠以高清晰度觀察到細胞間的互動。這種顯微鏡采用了先進的成像技術，能夠提供超高分辨率的圖像，讓科學家們能夠看到細胞內(nèi)部的微小結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化。
瞄準活體介觀顯微成像國際前沿難題，戴瓊海團隊早在2013年就在國家自然科學基金委重大科研儀器研制項目的支持下，在國際上率先開展了介觀活體顯微成像領域研究，并于2018年成功研制了國際首臺億像素介觀熒光顯微儀器RUSH，能夠同時兼具厘米級視場與亞細胞分辨率。盡管這一系統(tǒng)被國際同行譽為介觀顯微成像領域的先驅(qū)，但是由于儀器復雜昂貴，在當時僅能被少數(shù)科學家使用。
與此同時，RUSH系統(tǒng)仍然面臨一系列瓶頸，包括：如何利用二維傳感器實現(xiàn)高速三維成像；如何提升弱光條件下的成像信噪比；如何高效處理大規(guī)模介觀數(shù)據(jù)等。每一項技術瓶頸本身都是生物醫(yī)學成像領域的國際難題，而如何在同一系統(tǒng)上同時解決，則變得更為挑戰(zhàn)。
此后6年間，戴瓊海院士帶領成像與智能技術實驗室，瞄準活體介觀顯微成像高峰，持續(xù)攻關這些國際前沿難題，先后提出掃描光場成像原理、數(shù)字自適應光學架構(gòu)、虛擬掃描算法、共聚焦掃描光場架構(gòu)、自監(jiān)督去噪算法等關鍵理論與技術，逐一解決了介觀活體顯微成像中一系列壁壘，為RUSH3D的問世奠定了基礎。
戴瓊海院士表示，相比于目前市場上最先進的熒光顯微鏡，新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D系統(tǒng)在同樣分辨率下的成像視場面積提升了近百倍，三維成像速度提升了數(shù)十倍，有效觀測時長提升百倍。
超級顯微鏡首次全景式記錄大規(guī)模細胞間交互行為，為科研工作者打開了一個全新的視野。這一研究成果不僅將推動生物學領域的進一步發(fā)展，也為醫(yī)學研究和藥物開發(fā)帶來了新的希望。隨著技術的不斷進步和應用的拓展，超級顯微鏡將在未來的科學研究中發(fā)揮更加重要的作用。
素材來源：中國科學報
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