科普丨超越视觉极限 超灵敏结构光超高分辨率显微镜

2014年诺贝尔化学奖获得者打破光学显微镜的分辨率极限，首次使光学显微技术进入了纳米尺度，在研究超分辨率荧光显微镜领域做出了卓越贡献。北京大学陈良怡教授团队首次实现了 “海森结构光超分辨率显微镜”这一诺奖技术的工程化。

“海森结构光超分辨率显微镜”是目前世界上最快、最灵敏、成像时间最长的超分辨荧光显微镜，在每秒钟得到188张超高分辨率图像时，海森结构光显微镜的空间分辨率可以达到85纳米，能够分辨单根头发的1/600到1/800大小结构，而所需要的光照度小于常用的共聚焦显微镜光照度三个数量级。由于极低的光漂白以及光毒性，实现了100 Hz超高分辨率成像下连续采样10分钟得到18万张超高分辨率图像，或者是在1 Hz超高分辨率成像下连续1小时超高分辨率成像基本无光漂白。在全球范围内首次用光学成像技术观测到了线粒体嵴间合并的现象，可以为活细胞观测提供下一代技术平台，被Nature Biotechnology期刊评为2018年“研究亮点（Research Highlights）”技术。

应用海森结构光显微镜记录的长时间微丝网络的变化。标尺：２μｍ

此项突破一方面是基于硬件自主设计的新偏振旋转玻片阵列、高精度的时序控制程序以及高数值孔径物镜的应用；另一方面是创新的重构算法，借鉴了人眼区分信号和噪声的机制，首次提出将生物样本在多维时空上连续、而噪声是完全随机分布的先验知识用于构建海森矩阵，指导超高分辨率荧光图像的重建。

海森结构光显微镜显微镜下观察到COS-7细胞中的内质网和线粒体相互作用的动态过程，蓝色的线粒体用MitoTracker Green标记，可以清楚辨识内嵴结构；品红色的是用SEC61-mCherry标记内质网结构。

    与获得2014年Nobel化学奖的受激辐射损耗超高分辨率显微镜（STED）相比，海森结构光显微成像以极高的时间分辨率、极低的光毒性在活细胞超高分辨率成像方面占显著优势。

此项目已转化设立广州超视计生物科技有限公司负责产业化，并在广州建立生产基地，面向基础生物学、临床医学的科研技术人员需求，研发新一代“结构光超分辨显微成像系统”，旨在提供成像灵敏度和成像速度超越现有国际主要垄断竞争厂家（Zeiss、Nikon、GE）的产品。该技术可用于肿瘤细胞术后诊断、提示癌变风险等，同时可为活细胞观测提供下一代技术平台，拥有全球领先技术优势和规模化生产成本优势。