我國(guó)科學(xué)家發(fā)明計(jì)算超分辨圖像重建算法拓展熒光顯微鏡分辨率極限

自2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了超分辨顯微技術(shù)以來(lái)，超分辨成像技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，進(jìn)一步提高了成像的分辨率。然而，受限于熒光分子單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)，超分辨成像技術(shù)在時(shí)間分辨率和空間分辨率上難于獲得同等提高。

近日，發(fā)表在《Nature Biotechnology》上的一項(xiàng)題為“Sparse Deconvolution Improves the Resolution of LiveCell Super-Resolution Fluorescence Microscopy”的研究中，來(lái)自哈爾濱工業(yè)大學(xué)和北京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了基于新計(jì)算原理的超分辨顯微成像技術(shù)，進(jìn)一步拓展了熒光顯微鏡的分辨率極限。在時(shí)空分辨率上，他們成功將空間分辨率從110 nm提高到60 nm，同時(shí)保持毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率。

研究人員通過(guò)提出“熒光圖像的分辨率提高等價(jià)于圖像的相對(duì)稀疏性增加”這個(gè)通用先驗(yàn)知識(shí)，結(jié)合之前提出的信號(hào)時(shí)空連續(xù)性先驗(yàn)知識(shí)，發(fā)明了兩步迭代解卷積算法，即Sparse deconvolution方法，突破了現(xiàn)有熒光顯微系統(tǒng)的光學(xué)硬件限制，首次實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算熒光超分辨率成像。結(jié)合自主研發(fā)的超分辨率結(jié)構(gòu)光（Structured Illumination Microscopy，SIM）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)目前活細(xì)胞光學(xué)成像中最高空間分辨率（60 nm）下，速度最快（564 Hz）、成像時(shí)間最長(zhǎng)（1 h以上）的超分辨成像。結(jié)合商業(yè)的轉(zhuǎn)盤共聚焦結(jié)構(gòu)光顯微鏡，實(shí)現(xiàn)四色、三維、長(zhǎng)時(shí)間的活細(xì)胞超分辨成像。該工作在活細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了同時(shí)高時(shí)空分辨率長(zhǎng)時(shí)程成像且方法具有普適性，可以廣泛用于寬場(chǎng)成像和其他超分辨成像技術(shù)以提高這些成像方法的分辨率。

（來(lái)源：科技部）