近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部韓申生研究員、劉震濤副研究員團隊在多色超分辨結(jié)構(gòu)光照明顯微鬼成像方面取得突破，為生命科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了全新的工具與視角。相關(guān)研究成果以“Multicolor super-resolution structured illumination microscopy based on snapshot spectral ghost imaging via sparsity constraints”為題，發(fā)表于ACS Photonics。
超分辨多色熒光顯微在活細胞成像、醫(yī)療診斷等方面有重要的應(yīng)用前景。結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡(SIM)因其采用寬場照明的方式更適合多色活細胞成像。但傳統(tǒng)的多色SIM成像需對各光譜通道圖像分時序采集，降低時間分辨率，或利用多相機同時采集會增加系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。
針對上述難題，研究團隊開發(fā)了一種新型的多色結(jié)構(gòu)光照明超分辨顯微技術(shù)，將結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡與快照式鬼成像光譜相機(GISC Spectral Camera)相結(jié)合，利用結(jié)構(gòu)光照明和熒光信號的稀疏先驗來提高空間分辨率，利用鬼成像光譜相機的單次曝光多色成像優(yōu)勢來提高時間分辨率。
實驗上搭建了一套結(jié)構(gòu)光照明三色熒光顯微鬼成像裝置，實現(xiàn)了對熒光微球和熒光染色細胞的超分辨成像，空間分辨率超衍射限約2.65倍，多色成像的時間分辨率相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡提高3倍。該技術(shù)成功應(yīng)用于玉米莖細胞樣品的超分辨成像，清晰解析了相鄰細胞器的精細結(jié)構(gòu)。其高效的多色單曝光的成像能力，有望對細胞器相互作用、藥物遞送等動態(tài)過程實現(xiàn)實時觀測。
“鬼”成像又稱雙光子成像或關(guān)聯(lián)成像，是一種利用雙光子復(fù)合探測恢復(fù)待測物體空間信息的一種新型成像技術(shù)。傳統(tǒng)的光學(xué)觀察是基于光場的強度的分布測量，關(guān)聯(lián)光學(xué)則基于光場的強度的關(guān)聯(lián)測量，并且現(xiàn)有的成像技術(shù)主要利用光場的一階關(guān)聯(lián)信息(強度與位相)，而經(jīng)典“鬼”成像利用的光場的二階關(guān)聯(lián)被認為是一種強度波動的統(tǒng)計相關(guān)。簡而言之，“鬼”成像就是讓一臺高分辨率照相機為一個它本身并不能看到的物體成像。
下一步，研究團隊將繼續(xù)深耕基礎(chǔ)理論研究，探索更多可能性，爭取早日實現(xiàn)從實驗室到市場的轉(zhuǎn)化，推動該技術(shù)的推廣應(yīng)用。
素材來源：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
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