再度揭开微观世界 显微镜实现高保真三维活细胞成像
【化工仪器网 项目成果】人类受限于眼睛的观察能力，对于微纳米尺度物体的表面形貌始终抱有强烈的好奇心。自十六世纪第一台简易光学显微镜诞生以来，科研人员不断探索并改进光学显微镜结构以实现对更小尺寸物体的观测，推动传统光学显微镜逐渐应用在工业测量、材料科学和生命科学研究等各个领域。
光学显微镜对于科学技术发展起到了不可忽视的推动作用，科学技术的不断发展同样对光学显微镜分辨率提出了越来越高的要求。然而，传统光学显微镜受阿贝衍射极限的限制，白光下所能达到的最高分辨率仅为约200~300纳米，制约了人类对于微观世界的进一步探索。
由傅里叶光学理论可知，传统光学显微镜无法突破衍射极限的原因是携带被观测样品表面高频信息的倏逝波在垂直于样品方向上传播时振幅呈指数衰减，导致细节信息无法远距离传播。人们始终在搜寻一种能够放大和增强最微小细节的显微镜。
超分辨率显微镜是一种突破衍射极限的方法，该极限是限制光学分辨率在约250纳米左右的物理障碍。这已经通过多种显微镜技术的发展实现，包括结构化照明和受激发射抑制(STED)等。虽然这些系统可以在纳米尺度上进行分子特性的表征，但大多数病理学科依赖电子显微镜(EM)的分辨率，因为超分辨率技术被认为不够经济高效，并且在某些情况下可能不便于使用。
超分辨率径向波动(SRRF)提供了一种与基于LED系统兼容的增强光学分辨率的开源方法。通过基于局部径向对称性和时间波动的逐步处理，SRRF通过一个时间序列能够生成一幅在60-150纳米范围内具有增强分辨率的单一图像。然而迄今为止，SRRF主要在实验性细胞生物学领域应用较多，因为与EM相比，它提供的分辨率范围在临床病理学上并没有显著的优势。
近日，萄牙古尔本基安科学研究所的科学家利用增强型超分辨率径向波动(eSRRF)，实现了高保真3D活细胞纳米镜检查，其能以大约每秒1单位体积的惊人速度捕捉活细胞的快照。
eSRRF是一种犹如“魔杖”般的升级版超分辨率显微镜，将显微成像带到了一个新水平，为底层结构和分辨率提供了增强的保真度。eSRRF具有自动数据驱动的参数优化功能。它确定了重建所需的最佳帧数量，为科学家提供了轻松高效的成像体验。
不仅如此，eSRRF的设计具有用户友好性，可与各种显微技术和生物系统无缝集成，因此研究人员可以无技术障碍地探索微观领域。此外，eSRRF通过与多焦点显微镜合作超越维度，引领了3D超分辨率时代。
eSRRF为活细胞成像开辟了新的可能性。eSRRF不仅仅是为了提高图像分辨率，更是能够让研究人员能基于定量的图像质量测量来优化结果。新方法也为研究人员提供了一种动态工具，让看不见的东西变得可见。
提高光学显微镜的分辨率极限始终是研究者的关注焦点之一。eSRRF可以放大和增强最微小的细节，揭示出一个超出传统分辨率限制的世界。我们可以期待，eSRRF为从生物学到医学的多个领域带来革命性的变化。
(资料参考来源：科技日报)
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