超分辨率显微镜利用数字显示技术
发布时间：2024-02-15 08:00:05 阅读数： 650
嵌入式投影仪硬件的开源核心技术实现了高速、自偏振调制的3D结构照明显微镜(SIM)成像。植物和动物组织样品3DSIM重建:(a)夹竹桃叶片细胞壁，(b)黑藻叶片中空结构，(c)玉米穗根尖，(d)小鼠肾组织肌动蛋白丝;相应的最大强度投影(MIP)图像分别显示在底部一行(e-h)。比例尺:2 μm。资料来源:Advanced Photonics Nexus(2023)。Doi: 10.1117/1.apn.3.1.016001
在不断发展的显微镜领域，近年来在硬件和算法方面都取得了显著的进步，推动了我们探索生命中无穷小奇迹的能力。然而，由于偏振调制的速度和复杂性，三维结构照明显微镜(3DSIM)的发展一直受到阻碍。
进入高速调制3DSIM系统“DMD-3DSIM”，将数字显示与超分辨率成像相结合，使科学家能够以前所未有的细节看到细胞结构。
据《Advanced Photonics Nexus》报道，北京大学彭曦教授的团队围绕数字微镜装置(DMD)和电光调制器(EOM)开发了这种创新装置。它通过显著提高横向(侧向)和轴向(自上而下)分辨率来解决分辨率挑战，据报道，3D空间分辨率是传统宽视场成像技术的两倍。
实际上，这意味着DMD-3DSIM可以捕获亚细胞结构的复杂细节，例如动物细胞中的核孔复合物、微管、肌动蛋白丝和线粒体。将该系统的应用扩展到对夹竹桃叶片细胞壁和黑藻叶片中空结构等高散射植物细胞超微结构的研究。即使在小鼠肾脏切片中，该系统也显示了肌动蛋白丝的明显极化效应。
作者在这个视频中提供了更多关于他们的突破的信息。资料来源:Advanced Photonics Nexus(2023)。Doi: 10.1117/1.apn.3.1.016001
探索之门
DMD-3DSIM更令人兴奋的是对开放科学的承诺。Xi的团队已经在GitHub上公开了所有的硬件组件和控制机制，促进了协作，并鼓励科学界基于这项技术进行构建。
DMD-3DSIM技术不仅促进了重大的生物学发现，而且为下一代3DSIM奠定了基础。在涉及活细胞成像的应用中，更亮、更光稳定的染料、去噪算法和基于神经网络的深度学习模型的进步有望提高成像持续时间、信息检索和从噪声数据中实时恢复3DSIM图像。通过结合硬件和软件的开放性，研究人员希望为未来的多维成像铺平道路。
