发布时间:2021-11-25 15:12 原文链接: 计算显微成像算法使活细胞光显微分辨率达60纳米

  近日,哈尔滨工业大学(以下简称哈工大)仪器学院现代显微仪器研究所在光学超分辨显微成像技术领域取得突破性进展。研究团队在低光毒性条件下,把结构光显微镜的分辨率从110纳米提高到60纳米,实现了长时程、超快速、活细胞超分辨成像。11月16日,研究成果在线发表于国际权威杂志《自然·生物技术》。

  显微仪器的分辨能力代表人类对科学探索的边界。哈工大现代显微仪器研究所团队提出了一种可突破光学衍射极限的计算显微成像算法,利用荧光成像的前向物理模型与压缩感知理论,并结合稀疏性与时空连续性的双约束条件,建立起一个通用的解算框架——稀疏解卷积技术,突破了现有光学超分辨显微系统的硬件限制,扩展了时空分辨率和频谱。

  在此基础上,研究团队研发了超快结构光超分辨荧光显微镜系统,该系统具有超分辨、高通量、非侵入、低毒性等特点,在高速成像条件下,具备优于60纳米的分辨率和超过1小时的超长时间活细胞动态成像性能。团队首次观察到了胰岛分泌过程中具有的两种特征的融合孔道,第一次利用线性结构光显微镜观察到只有在非线性条件下才能分辨的环状的不同蛋白标记的核孔复合体与小窝蛋白。此外,研究人员还展示了利用该影像技术解析肌动蛋白动态网络、细胞深处溶酶体和脂滴的快速行为,并记录了双色线粒体内外膜之间的精细相对运动。

  该项工作在物理和化学方法基础上,首次从计算的角度提出了突破光学衍射极限的通用模型,实现了从0到1的原理创新,是目前活细胞光学显微成像中分辨率最高(60纳米)、速度最快(564帧/秒)、成像时间最长(1小时以上)的超分辨显微仪器。该技术框架也被证明适用于目前多数荧光显微镜成像系统模态,均可实现近两倍的稳定空间分辨率提升,为精准医疗和新药研发提供了新一代生物医学超分辨影像仪器,使未来大幅度加速疾病模型的高精度表征成为可能。


相关文章

计算显微成像算法使活细胞光显微分辨率达60纳米

近日,哈尔滨工业大学(以下简称哈工大)仪器学院现代显微仪器研究所在光学超分辨显微成像技术领域取得突破性进展。研究团队在低光毒性条件下,把结构光显微镜的分辨率从110纳米提高到60纳米,实现了长时程、超......

计算显微成像算法使活细胞光显微分辨率达60纳米

近日,哈尔滨工业大学(以下简称哈工大)仪器学院现代显微仪器研究所在光学超分辨显微成像技术领域取得突破性进展。研究团队在低光毒性条件下,把结构光显微镜的分辨率从110纳米提高到60纳米,实现了长时程、超......

光学超分辨显微成像重大突破!分辨率提高到100纳米以下

近日,哈尔滨工业大学仪器学院现代显微仪器研究所在光学超分辨显微成像技术领域取得突破性进展。研究团队在低光毒性条件下,把结构光显微镜的分辨率从110纳米提高到60纳米,实现了长时程、超快速、活细胞超分辨......

哈工大团队在光学超分辨显微成像技术领域取得重要突破

16日,记者从哈尔滨工业大学获悉,该校仪器学院现代显微仪器研究所在光学超分辨显微成像技术领域取得突破性进展。研究团队在低光毒性条件下,把结构光显微镜的分辨率从110纳米提高到60纳米,实现了长时程、超......

哈工大7项成果获得2020年度国家科学技术奖

11月3日,记者从哈尔滨工业大学获悉,在今天举行的2020年度国家科学技术奖励大会上,哈工大牵头的7项成果荣获国家科学技术奖,其中国家技术发明奖二等奖5项,国家科技进步奖二等奖2项,获奖数量位居全国高......

哈工大电致变色技术完成我国首次空间验证

哈尔滨工业大学22日发布消息,该校航天学院复合材料与结构研究所研制的无机全固态电致变色器件完成空间性能与功能验证,这是我国首次开展电致变色技术在空间环境下的性能验证。哈工大航天学院复合材料与结构研究所......

结构光照明显微成像(SIM)

克服光学衍射极限,观察到亚细胞尺度的生物结构和变化过程一直是生命科学研究的目标之一,也是超分辨显微镜诞生的目的所在。随着现代显微成像技术的发展和不断突破,超分辨显微成像大家庭也一直在补充新鲜血液。不过......

新型纳米薄片可提高二氧化碳的光催化转化

记者7月19日从云南大学材料与能源学院了解到,该院云南省先进能源材料国际联合研究中心郭洪教授团队近期在新能源存储材料领域取得突破性进展,他们研发出一种纳米薄片,可通过光催化将二氧化碳转化为碳氢化合物。......

新型可发光纳米探针能实现对深层组织显微成像

记者7月12日从上海理工大学获悉,该校科学家与暨南大学、新加坡国立大学的同行们合作,开发出一种可发光的镧系元素纳米探针,该探针可用于亚细胞结构的低功率受激发射损耗(STED)显微镜和深层组织超分辨率成......

哈工大技术为火星车移动与转移添亮点

5月22日10时40分,“祝融号”火星车已安全驶离着陆平台,到达火星表面,开始巡视探测。哈尔滨工业大学邓宗全院士团队,自2013年起与中国空间技术研究院总体部合作成功研制的火星车移动系统、转移坡道机构......