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

海岛上的读书声:三沙永兴学校的... 作为中国最南端的学校,三沙市永兴学校自2015年建成投用以来,幼儿园和小学部运行平稳,教学设施和师资...
国家税务总局黑龙江省税务局20... 面试安排: 面试将采取现场面试方式进行。 (一)面试时间 面试时间为 2026年3月17日-3月19...
兵团公共文化服务提质增效 “闲暇时,我喜欢带孩子到这里来感受读书氛围,培养孩子的阅读兴趣。”1月25日,在阿拉尔经济技术开发区...
国家税务总局吉林省税务局202... 面试安排: 面试将采取现场面试方式进行。 (一)面试时间 面试时间为2026年3月16日-3月20日...
播下文化自信的种子(记者手记...   吴王孙权站在古城墙上,遥望长江,巨轮破浪前行,对岸高楼林立,一派繁华景象——这幅画名为《跨越时空...
科普人员队伍规模持续壮大 原标题:科普人员队伍规模持续壮大科技部日前发布的2024年度全国科普统计数据表明:我国科普人员队伍规...
高校教师该“坐班”吗? 原标题:高校教师该“坐班”吗?高校教师是否应实行“坐班制”?这一问题一再引发热议。支持方认为,教师坐...
激光脉冲实现特殊铁磁体极性翻转 瑞士巴塞尔大学和苏黎世联邦理工学院研究团队取得一项突破:他们通过激光束成功实现了一种特殊铁磁体的极性...
一维MXene纳米卷轴制备成功 大约15年前,美国德雷塞尔大学研究团队首次发现了一种用途广泛的二维导电纳米材料MXene。如今,这一...
力度温度并存,激活高校教师创新... 原标题:力度温度并存,激活高校教师创新动能高校教师是否应当坐班,这一问题值得深思:简单的行政命令或物...
越来越多的大学生寒假不回家? 羊城晚报记者 孙唯 实习生 吴梦琪 寒假来临,记者近日走访发现,高校仍有不少大学生“留守”校园。 “...
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...