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分辨率是普通共聚焦显微镜的4倍!超分辨光学成像研究获突破
时间:2025-07-11

近日,深圳大学物理与光电工程学院医学光子学创新研究院硕士生朱雪钢提出了一种基于荧光强度比率权重的编码差分技术。该技术可以将普通共聚焦显微镜的成像分辨率提升4倍,横向分辨率最高可达71.2nm。相关研究成果以“Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference”为题发表在Nature Index期刊Nano Letters(影响因子:9.6)上。


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图片来源:深圳大学物理与光电工程学院


朱雪钢的研究聚焦于超分辨光学成像技术,这也是当前科学研究中的一个热点和难点。远场光学显微镜是揭示生物分子结构与动态的重要工具,但受限于光学衍射极限。此次研究创新性地提出了荧光强度比率编码与差分(FIRED)超分辨成像技术。该方法基于传统共聚焦系统,仅需简单升级增加环形光路,利用相同波长的高斯光束与环形光束分别激发样本,获取两幅图像。通过对图像像素强度进行特定比率运算生成权重矩阵,并应用于原始图像进行编码,再结合差分处理,有效突破衍射极限。


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图片来源:深圳大学物理与光电工程学院


实验结果表明,FIRED技术能将普通共聚焦显微镜的横向分辨率提升约4倍(例如,荧光微球样品中从298.0 nm提升至71.2 nm),图像信背比(SBR)也显著提高。该技术兼容普通荧光染料,所需激光功率密度极低(~1.72 kW/cm2,比STED低3-4个数量级),光毒性小,并保留了共聚焦的光学层切能力。


此外,朱雪钢还通过大量的实验验证了该技术的可靠性和实用性,为后续的应用研究奠定了坚实的基础。在固定细胞和活细胞的多种细胞器(微管、核孔复合体、溶酶体、线粒体)中均得到有效验证,展现出了优异的通用性


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图片来源:深圳大学物理与光电工程学院


此次研究成果不仅具有重要的学术价值,更具有广泛的应用前景。FIRED技术操作简便、硬件改动小、成本低、光损伤小的特点,为生物医学和材料科学领域,特别是活细胞长时程、多结构的超分辨动态研究提供了更为强大的视觉工具。


文章来源:化工仪器网,文章仅做分享