深圳大学在超分辨光学成像研究方面取得进展

近日，深圳大学医学光子学创新研究院硕士生朱雪钢同学在Nature Index期刊Nano Letters上发表了题为“Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference”的研究论文。该研究提出了一种基于荧光强度比率权重的编码差分技术，可以将普通共聚焦显微镜的成像分辨率提升四倍，横向分辨率最高可达71.2nm。朱雪钢硕士生为论文第二作者（导师第一作者），王璐玮助理教授为论文的通讯作者，深圳大学为第一完成单位和通讯作者单位。

远场光学显微镜是揭示生物分子结构与动态的重要工具，但受限于光学衍射极限。该研究创新性地提出了荧光强度比率编码与差分（FIRED）超分辨成像技术。该方法基于传统共聚焦系统，仅需简单升级增加环形光路，利用相同波长的高斯光束与环形光束分别激发样本，获取两幅图像。通过对图像像素强度进行特定比率运算生成权重矩阵，并应用于原始图像进行编码，再结合差分处理，有效突破衍射极限（图1）。

图1.FIRED技术的实现流程图和模拟结果

实验结果表明，FIRED技术能将普通共聚焦显微镜的横向分辨率提升约4倍（例如，荧光微球样品中从298.0 nm提升至71.2 nm），图像信背比（SBR）也显著提高。该技术兼容普通荧光染料，所需激光功率密度极低（~1.72 kW/cm²，比STED低3-4个数量级），光毒性小，并保留了共聚焦的光学层切能力。FIRED技术在固定细胞和活细胞的多种细胞器（微管、核孔复合体、溶酶体、线粒体）中均得到验证，展现出优异的通用性（图2）。该技术操作简便、硬件改动小、成本低、光损伤小的特点，为生物医学和材料科学领域，特别是活细胞长时程、多结构的超分辨动态研究，提供了一个经济高效且易普及的技术平台。

图2.不同细胞器的FIRED超分辨成像结果

该项研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金以及深圳市科技计划等项目支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c02339