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基于空间光场调制的超分辨三维显微成像
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    R445
  • 关键词:
  • 成果简介:
    光学显微成像技术是人类认识微观世界、揭示生命奥秘的重要手段。看得更清、更细和更深一直是光学显微成像技术的永恒追求。然而,光学衍射极限的存在成为光学成像技术发展的一大阻碍。如何打破这个瓶颈,成为各国科学家竞相争夺的焦点。美国将突破衍射极限列为21世纪光学的五大研究计划之首;我国《十三五生物技术创新专项规划》将超分辨生物影像技术纳入到重点突破的前沿关键技术:2014年诺贝尔化学奖授予超分辨荧光显微成像的三位科学家。这些足以体现超分辨光学显微成像技术在当今和未来光学及生物医学等领域的重要性和前瞻性。 近二十年来光学超分辨显微成像技术取得了巨大的发展,涌现出了许多超分辨成像技术。但从实用的角度来看,以远场光学超分辨显微成像技术为主流,主要分为三大类:即单分子定位技术PALM/STORM、受激发射损耗技术STED和结构光照明显微技术SIM。PALM/STORM属于一种间接图像重构技术,其分辨率虽可达到10nm以下,但成像速度很慢。STED是基于激光点扫描的直接成像技术,其空间分辨率可达20nm左右,但其较强的激发光会产生光漂白和光毒性,甚至破坏样品。SIM是一种基于空间光场调制照明和面阵图像传感器直接探测的宽场成像技术,其分辨率一般在100nm左右,但其成像速度比前两种快得多,且光照剂量小,避免了对样品的损伤,更适合活体动态过程观测。因此SIM在生物医学领域具有更广阔的应用前景。 该项目在国家自然科学基金委、科技部、中科院等项目的支持下,经过12年的基础研究和技术攻关,形成了一系列围绕着解决光学显微成像分辨率、成像速度、成像维度的核心专利技术和创新思想。发明了基于数字微镜器件(DMD)调制光场和LED照明的结构光照明显微技术(D-SIM),分辨率达到90nm国际同类技术的最好水平,三维成像速度比传统单点激光共聚焦显微技术提高10倍,实现了全彩色SIM三维显微成像。发明了基于贝塞尔光束的双光子激发激光扫描实时立体显微镜,创造了微观世界的立体电影。发明了多种特殊设计光学元件产生空间调制结构光场的新方法。相关成果授权发明专利9项,申请美国专利1项;受邀编写《光学纳米显微和新型显微技术》英文专著一章:受《光学学报》邀请,组稿“超分辨成像”论文专辑。发表在Scientific Reports上的一篇论文,下载阅读量超过2.6万次,自2013年发表以来,被引用量在所有65篇同类技术的论文中排名第1,在3306篇与超分辨研究相关的论文中排名第41;维基百科引用项目研究成果来介绍专业词条。研究成果获2016年中国光学工程学会技术创新二等奖,获中国科学院十二五期间重大标志性成果之一。已被美国纽约州立大学布法罗分校、德国康斯坦茨大学等多家科研单位应用,在细胞生物学、神经生物学、微小动物形态学等生物医学研究中发挥了重要作用,具有广阔的应用前景。研究成果多次被中国科学报、人民网、科学网等媒体报道,引起了广泛的社会关注,产生了良好的社会效应。
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