近日，我院醫(yī)學(xué)光子學(xué)創(chuàng)新研究院碩士生朱雪鋼同學(xué)在Nature Index期刊Nano Letters（影響因子：9.6）上發(fā)表了題為“Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference”的研究論文。該研究提出了一種基于熒光強(qiáng)度比率權(quán)重的編碼差分技術(shù)，可以將普通共聚焦顯微鏡的成像分辨率提升四倍，橫向分辨率最高可達(dá)71.2nm。朱雪鋼碩士生為論文第二作者（導(dǎo)師第一作者），王璐瑋助理教授為論文的通訊作者，深圳大學(xué)為第一完成單位和通訊作者單位。
遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)顯微鏡是揭示生物分子結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)的重要工具，但受限于光學(xué)衍射極限。該研究創(chuàng)新性地提出了熒光強(qiáng)度比率編碼與差分（FIRED）超分辨成像技術(shù)。該方法基于傳統(tǒng)共聚焦系統(tǒng)，僅需簡(jiǎn)單升級(jí)增加環(huán)形光路，利用相同波長(zhǎng)的高斯光束與環(huán)形光束分別激發(fā)樣本，獲取兩幅圖像。通過(guò)對(duì)圖像像素強(qiáng)度進(jìn)行特定比率運(yùn)算生成權(quán)重矩陣，并應(yīng)用于原始圖像進(jìn)行編碼，再結(jié)合差分處理，有效突破衍射極限（圖1）。
圖1 FIRED技術(shù)的實(shí)現(xiàn)流程圖和模擬結(jié)果
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)IRED技術(shù)能將普通共聚焦顯微鏡的橫向分辨率提升約4倍（例如，熒光微球樣品中從298.0 nm提升至71.2 nm），圖像信背比（SBR）也顯著提高。該技術(shù)兼容普通熒光染料，所需激光功率密度極低（~1.72 kW/cm2，比STED低3-4個(gè)數(shù)量級(jí)），光毒性小，并保留了共聚焦的光學(xué)層切能力。FIRED技術(shù)在固定細(xì)胞和活細(xì)胞的多種細(xì)胞器（微管、核孔復(fù)合體、溶酶體、線粒體）中均得到驗(yàn)證，展現(xiàn)出優(yōu)異的通用性（圖2）。該技術(shù)操作簡(jiǎn)便、硬件改動(dòng)小、成本低、光損傷小的特點(diǎn)，為生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域，特別是活細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)程、多結(jié)構(gòu)的超分辨動(dòng)態(tài)研究，提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效且易普及的技術(shù)平臺(tái)。
圖2 不同細(xì)胞器的FIRED超分辨成像結(jié)果
該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金以及深圳市科技計(jì)劃等項(xiàng)目支持。
文章信息：
Junle Qu, Xuegang Zhu, Dongyi Liu, Qinglin Chen, Yue Chen, Xiaoyu Weng, Liwei Liu, and Luwei Wang*. Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference. Nano Letters, (2025).
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c02339
