超級(jí)顯微鏡揭秘：首次全景捕捉細(xì)胞間交互行為
【化工儀器網(wǎng) 時(shí)事熱點(diǎn)】近日，《細(xì)胞》雜志刊發(fā)了清華大學(xué)戴瓊海、郭增才、吳嘉敏等人最新研究成果，宣布了新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D系統(tǒng)的問(wèn)世。在兼具厘米級(jí)三維視場(chǎng)與亞細(xì)胞分辨率的同時(shí)，能夠以20赫茲的高速三維成像速度實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)的連續(xù)低光毒性觀測(cè)，首次全景式地記錄了器官尺度下大規(guī)模細(xì)胞間的交互行為。
在生物體內(nèi)，細(xì)胞之間的通信對(duì)于維持生命活動(dòng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的顯微鏡技術(shù)由于分辨率的限制，很難捕捉到這些精細(xì)的交互行為。而超級(jí)顯微鏡的出現(xiàn)，使得科學(xué)家們能夠以高清晰度觀察到細(xì)胞間的互動(dòng)。這種顯微鏡采用了先進(jìn)的成像技術(shù)，能夠提供超高分辨率的圖像，讓科學(xué)家們能夠看到細(xì)胞內(nèi)部的微小結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化。
瞄準(zhǔn)活體介觀顯微成像國(guó)際前沿難題，戴瓊海團(tuán)隊(duì)早在2013年就在國(guó)家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目的支持下，在國(guó)際上率先開展了介觀活體顯微成像領(lǐng)域研究，并于2018年成功研制了國(guó)際首臺(tái)億像素介觀熒光顯微儀器RUSH，能夠同時(shí)兼具厘米級(jí)視場(chǎng)與亞細(xì)胞分辨率。盡管這一系統(tǒng)被國(guó)際同行譽(yù)為介觀顯微成像領(lǐng)域的先驅(qū)，但是由于儀器復(fù)雜昂貴，在當(dāng)時(shí)僅能被少數(shù)科學(xué)家使用。
與此同時(shí)，RUSH系統(tǒng)仍然面臨一系列瓶頸，包括：如何利用二維傳感器實(shí)現(xiàn)高速三維成像；如何提升弱光條件下的成像信噪比；如何高效處理大規(guī)模介觀數(shù)據(jù)等。每一項(xiàng)技術(shù)瓶頸本身都是生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的國(guó)際難題，而如何在同一系統(tǒng)上同時(shí)解決，則變得更為挑戰(zhàn)。
此后6年間，戴瓊海院士帶領(lǐng)成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，瞄準(zhǔn)活體介觀顯微成像高峰，持續(xù)攻關(guān)這些國(guó)際前沿難題，先后提出掃描光場(chǎng)成像原理、數(shù)字自適應(yīng)光學(xué)架構(gòu)、虛擬掃描算法、共聚焦掃描光場(chǎng)架構(gòu)、自監(jiān)督去噪算法等關(guān)鍵理論與技術(shù)，逐一解決了介觀活體顯微成像中一系列壁壘，為RUSH3D的問(wèn)世奠定了基礎(chǔ)。
戴瓊海院士表示，相比于目前市場(chǎng)上最先進(jìn)的熒光顯微鏡，新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D系統(tǒng)在同樣分辨率下的成像視場(chǎng)面積提升了近百倍，三維成像速度提升了數(shù)十倍，有效觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)提升百倍。
超級(jí)顯微鏡首次全景式記錄大規(guī)模細(xì)胞間交互行為，為科研工作者打開了一個(gè)全新的視野。這一研究成果不僅將推動(dòng)生物學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，也為醫(yī)學(xué)研究和藥物開發(fā)帶來(lái)了新的希望。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的拓展，超級(jí)顯微鏡將在未來(lái)的科學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用。
素材來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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