我國科學家發明計算超分辨圖像重建算法拓展熒光顯微鏡分辨率極限

自2014年諾貝爾化學獎授予了超分辨顯微技術以來，超分辨成像技術取得了巨大進步，進一步提高了成像的分辨率。然而，受限于熒光分子單位時間內發出的光子數，超分辨成像技術在時間分辨率和空間分辨率上難于獲得同等提高。

近日，發表在《Nature Biotechnology》上的一項題為“Sparse Deconvolution Improves the Resolution of LiveCell Super-Resolution Fluorescence Microscopy”的研究中，來自哈爾濱工業大學和北京大學的研究團隊發明了基于新計算原理的超分辨顯微成像技術，進一步拓展了熒光顯微鏡的分辨率極限。在時空分辨率上，他們成功將空間分辨率從110 nm提高到60 nm，同時保持毫秒級的時間分辨率。

研究人員通過提出“熒光圖像的分辨率提高等價于圖像的相對稀疏性增加”這個通用先驗知識，結合之前提出的信號時空連續性先驗知識，發明了兩步迭代解卷積算法，即Sparse deconvolution方法，突破了現有熒光顯微系統的光學硬件限制，首次實現通用計算熒光超分辨率成像。結合自主研發的超分辨率結構光（Structured Illumination Microscopy，SIM）系統，實現目前活細胞光學成像中最高空間分辨率（60 nm）下，速度最快（564 Hz）、成像時間最長（1 h以上）的超分辨成像。結合商業的轉盤共聚焦結構光顯微鏡，實現四色、三維、長時間的活細胞超分辨成像。該工作在活細胞中實現了同時高時空分辨率長時程成像且方法具有普適性，可以廣泛用于寬場成像和其他超分辨成像技術以提高這些成像方法的分辨率。

（來源：科技部）