引述外媒報道，中國科學院發布消息，中國研究團隊開發了一種先進的成像技術，以前所未有的速度實現了超分辨率顯微鏡，并且圖像數量更少。新方法應該可以捕獲活細胞中以前無法達到的速度。

超分辨率技術（通常稱為納米技術）通過克服光的衍射極限來實現納米級分辨率。盡管納米顯微鏡可以捕獲細胞內單個分子的圖像，但很難與活細胞一起使用，因為重建圖像需要成百上千的圖像-這個過程太慢，無法捕獲快速變化的動力學。

在由光學學會（OSA）出版的《高影響力研究》雜志Optica頁中，中科院上海光學精密機械研究所（SIOM）的研究人員描述了他們如何使用稱為“鬼影”的非常規成像方法提高納米顯微鏡的成像速度。他們的新技術使用比傳統納米技術少幾個數量級的圖像來產生納米分辨率。

研究小組共同負責人王忠陽說：“我們的成像方法可以潛在地探測亞細胞結構中毫秒級尺度上發生的動力學，其空間分辨率為數十納米-發生生物過程的時空分辨率。”

結合技術以實現更快的成像

新方法基于隨機光學重建顯微鏡（STORM），這是2014年獲得諾貝爾化學獎的三位研究人員之一。STORM，有時也稱為光激活定位顯微鏡（PALM），是一種使用熒光的廣域技術在發光狀態（亮）和暗狀態（滅）之間切換的標簽。

采集成百上千個圖像，每個圖像捕獲在給定時間開啟的熒光標記的子集，可以確定每個分子的位置并用于重建熒光圖像。

研究人員轉向重影成像，以加快STORM成像過程。鬼影成像通過將與對象交互的光圖樣與不與之交互的參考圖樣相關聯來形成圖片。

單獨地，燈光圖案不會攜帶有關物體的任何有意義的信息。研究人員還使用了壓縮成像技術，這是一種計算方法，可以使用更少的曝光量重建圖像，因為它使用一種算法來填充丟失的信息。

“盡管STORM需要低密度的熒光標記和許多圖像幀，但是我們的方法可以使用很少的幀和高密度的熒光團來創建高分辨率圖像，”研究團隊的其他共同負責人之一韓申生說。“它也不需要任何復雜的照明，這有助于減少可能損害動態生物過程和活細胞的光致漂白和光毒性。”

提高成像效率

為了實施這項新技術，研究人員使用了一種稱為隨機相位調制器的光學組件，將樣品中的熒光轉變為隨機的斑點圖案。通過這種方式對熒光進行編碼，可以使非常快的CMOS相機的每個像素在單個幀中收集來自整個對象的光強度。

為了通過重影成像和壓縮成像形成圖像，將光強度與參考光圖案關聯起來只需一步即可。結果是更有效的圖像獲取，并減少了形成高分辨率圖像所需的幀數。

研究人員通過使用該技術對60納米環成像來測試了該技術。新的納米顯微鏡方法僅使用10張圖像即可解決環問題，而傳統的STORM方法可能需要多達4000幀才能達到相同的結果。新方法還解決了帶有100幅圖像的40納米標尺。

“我們希望這種方法可以用于各種熒光樣品，包括那些熒光強度比本研究中所用熒光弱的樣品。” Wang說。

研究人員還希望使該技術更快，以實現具有大視野的視頻速率成像，從而獲取3D和彩色圖像。