新型三角结构光照明显微镜问世
创始人
2025-08-19 08:41:53
0

原标题:新型三角结构光照明显微镜问世

在生命科学探索微观世界的征途上,看清细胞内部那些瞬息万变、尺度极小的精细结构,一直是科学家们孜孜以求的目标。这些极小尺度下的动态,如同生命活动的基础密码。如今,北京大学未来技术学院席鹏教授团队,从自然界最稳定的形状——三角形中获得启迪与灵感,研发出一款名为“三角形光束干涉结构光照明显微镜”(3I-SIM)的引领性技术。该技术以“三角形架构”突破活细胞观测的时空极限,为其超高清、高速成像打开了崭新大门。相关成果日前发表于国际学术期刊《自然·光子学》。

“过去,科学家们利用结构光照明显微镜(2D-SIM)技术来突破传统显微镜的极限分辨率,看清更小的细节。但这种方法有点像是‘缓慢拼图’:它先要用一束光形成明暗相间的条纹,照射样本一次,只能提升一个方向的分辨率;为了看清整个平面,需要把这种条纹旋转三个不同的角度(通常是正负60度),分别照射和拍照,最后再把这三组信息拼合起来。”席鹏告诉记者,这个过程不仅耗时,更关键的是,多次强光照射会对脆弱的活细胞造成伤害,加速样本中荧光信号的衰减(即光漂白),难以长时间观察高速和精细的生命活动。

对此,席鹏团队从三角形简洁高效、结构稳定的特性中汲取智慧,彻底改变了研究思路。他们创新性地采用三束激光进行三角干涉,一步到位直接在样本上干涉出二维的六角晶格图案。这一巧妙设计意味着,单次曝光就能同时采集到物体在水平和垂直方向上的高分辨率信息,完成一张超分辨图像的重建仅需7帧原始图像。这大大缩短了曝光时间,有效减轻了采集过程中的光漂白影响。这种设计还消除了图像重建时烦琐的图案方向匹配过程,使系统能以最高每秒1697帧的速度进行单帧滚动重建,让那些以往难以捕捉的高速生命动态无法逃过镜头的追踪。

为了确保新技术的成像质量,研究团队在光的“姿态”——偏振上做足了文章。他们突破常规,没有使用常见的角向偏振光,而是创新性地采用了径向偏振策略,将对微小细节(高频信息)的捕捉能力提升到与传统2D-SIM相当的水平。同时,团队自主研发了一套AI重建算法,如同为系统装上了强大的降噪“滤镜”,显著增强了在干扰环境下提取清晰图像的稳健性。

3I-SIM的威力在实验中得到了全面展现。席鹏介绍,面对神经元生长锥这类极为敏感、极易被强光损伤的结构,新技术实现了长达13小时、连续拍摄超10万帧的超分辨成像,如同为生命活动拍摄了一部不间断的微观高清纪录片。对于细胞内那些转瞬即逝的微弱信号,比如内质网附近肌动蛋白的瞬间活动,3I-SIM展现出了出色的高速捕捉能力。当切换到高速模式时,其高达1697帧每秒的拍摄能力,甚至能清晰定格内质网环状结构闭合过程中的瞬时波动。

席鹏团队将这项突破性技术同步开源,公开了涵盖硬件设计、软件控制、重建算法以及深度学习模型在内的完整资源包,并配套提供了宝贵的实验数据集。席鹏说:“这种开放共享的设计理念,使全球科研团队能以较低的成本和门槛进行搭建与升级,轻松迈入新一代活细胞超分辨成像的研究领域。”(记者晋浩天)

相关内容

热门资讯

第三届卓越工程师学院院长论坛在... 1月31日,由中国卓越工程师培养联合体主办的第三届卓越工程师学院院长论坛在南京举办,50余家卓越工程...
别人家孩子优秀心里“不平衡”?... 三湘都市报2月1日讯(文/视频 全媒体记者 高煜棋 通讯员 乔木 王杜 戴梦瑶)长沙的王女士听说别人...
滇西科技师范学院:校企协同 育... 近年来,滇西科技师范学院立足“应用型国门大学”定位,打造全链条就业创业赋能体系,树立云南高校创新发展...
你和孩子说话的语气,影响他们的... 1 多一点信任 给孩子出发的勇气 孩子开始尝试新鲜事物时,心里难免会有点忐忑,当他们表达“我想试试”...
国家税务总局山西省税务局关于2... 各位考生: 《国家税务总局山西省税务局2026年度考试录用公务员面试公告》(以下简称《面试公告》)已...
“为你做天使”:一名思政课教师... 上学期,重庆交通大学思政课教师曾令斌布置了一项需要秘密完成的作业。 在他负责的13个班级的“思想道德...
致全市中小学生家长的一封信 做智慧的家长 培养独立的孩子 致全市中小学生家长的一封信 亲爱的家长朋友们: 寒辞冬雪,暖带春风。随...
国内首个!东南大学发布混凝土材... 人民网北京2月2日电 1日,东南大学发布“砼真砼知”混凝土材料科学大模型。该模型由重大基础设施工程材...
“差生”的心理创伤与教育疗愈 (来源:法治日报) 转自:法治日报 □ 安许心   在一间被试卷和倒计时填满的教室里,一名叫鹿岑(化...
拒绝 “模板化咨询”!新东方前... 在留学申请的赛道上,“模板化咨询”早已成为过往式——固定选校清单、流水线文书、单一国家申请,不仅无法...
如何科学选择兴趣班? (来源:中国妇女报) 转自:中国妇女报 ■ 中国学校教育战略咨询 专家 沈祖芸 很多家长选择兴趣班容...
历年高考英语真题100个高频词... 1.anything but 决不, 绝对不, 一点也不 Her journey to becom...
事关新就业形态劳动者、带薪年休... 我国将制定《新就业形态劳动者基本权益保障办法》 进一步明确新就业形态劳动基准和企业劳动保护责任 出台...
【工作规范】幼儿教师一日活动各... 在幼儿园一日生活各环节中,经常会出现视线盲区,无法注意全部幼儿,导致意外情况发生。其实,这与幼师一日...
推动中小学教研的价值回归 当下,在我国中小学校的教学活动安排中,教研活动是必不可少的内容,几乎每所学校每周都安排有固定的教研活...
学术探讨|数智化构建高校一站式... (来源:黑龙江日报) 转自:黑龙江日报 □胡松武 教育数字化转型是落实立德树人根本任务,推动教育强国...
让每一个生活中的“真问题”都能... 山东省潍坊市2026年度“‘真问题’引领的学与教”教研主题,为深化课堂改革提供了清晰的方向与有力的支...
附燕新小滨江校区开展情境测评在... 晨报讯(通讯员 徐逸娇 南京晨报/爱南京记者 李灿伦)1月28日,南师附中燕子矶新城学校小学部滨江校...
白蚁品级分化遗传机制被揭示 原标题:白蚁品级分化遗传机制被揭示日前,华南师范大学生命科学学院昆虫科学与技术研究所李胜教授团队联合...
全超导用户磁体世界纪录被刷新 原标题:全超导用户磁体世界纪录被刷新近日,依托中国科学院物理研究所建设的国家重大科技基础设施——综合...