北大、華科研發(fā)出超靈敏結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡

北京大學陳良怡團隊聯(lián)合華中科技大學譚山團隊發(fā)明了一種超靈敏結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡--海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡 (Hessian SIM)。此項成果近日以全文形式在線發(fā)表于Nature Biotechnology。第一作者為北京大學黃小帥、華中科技大學范駿超和北京大學李柳菊，通訊作者為北京大學陳良怡、華中科技大學譚山。

在每秒鐘得到188張超高分辨率圖像時，海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡的空間分辨率可以達到85納米，能夠分辨單根頭發(fā)的1/600到1/800大小結(jié)構(gòu)，而所需要的光照度小于常用的共聚焦顯微鏡光照度三個數(shù)量級。由于極低的光漂白以及光毒性，實現(xiàn)了100 Hz超高分辨率成像下連續(xù)采樣10分鐘得到18萬張超高分辨率圖像，或者是在1 Hz超高分辨率成像下連續(xù)1小時超高分辨率成像基本無光漂白。

與獲得2014年Nobel化學獎的受激輻射損耗超高分辨率顯微鏡(STED)相比，海森結(jié)構(gòu)光顯微成像以極高的時間分辨率、極低的光毒性在活細胞超高分辨率成像方面占顯著優(yōu)勢。此項突破一方面是基于硬件自主設計的新偏振旋轉(zhuǎn)玻片陣列、高精度的時序控制程序以及高數(shù)值孔徑物鏡的應用；另一方面是創(chuàng)新的重構(gòu)算法，借鑒了人眼區(qū)分信號和噪聲的機制，首次提出將生物樣本在多維時空上連續(xù)、而噪聲是完全隨機分布的先驗知識用于構(gòu)建海森矩陣，指導超高分辨率熒光圖像的重建。超靈敏海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡是目前活細胞成像時間最長、時間分辨率最高的超高分辨率顯微鏡，適用于各種細胞、不同探針的熒光成像 - 可以說，所有應用掃描共聚焦顯微鏡的場景都可以使用海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡，因而具有廣泛的應用前景。(學術幫)