一种快速超分辨显微镜使结构化照明和扩展深度检测
发布时间：2024-10-22 10:05:14 阅读数： 8
EDF-RIM的实验实现
荧光显微镜乃是生物学中一种极为强大的工具，能让研究人员在分子水平上对细胞和组织的复杂世界予以可视化。尽管该技术彻底变革了我们对生物过程的理解，然而对诸如胚胎或者类器官这般大型且复杂的 3D 结构进行成像，依旧是一项挑战。在运用结构照明显微镜（SIM）去研究超出光学分辨率限制的复杂细节时，这种挑战尤为明显。
SIM 是通过在结构化照明下获取的多幅图像来重构出一幅超分辨图像，从而突破了传统显微镜的衍射极限。不过，SIM 需要为 3D 体的每个切片获取多个图像，这就导致了采集时间较长，并且增加了活样本所受到的光照。
为克服这些限制，法国艾克斯马赛大学菲涅耳研究所与法国图卢兹大学的生物通讯中心携手合作，开发出一种新型显微镜，名为扩展景深随机照明显微镜（EDF-RIM）。这种创新的方法将超分辨率显微镜的优点与扩展的景深检测方案相结合，能够在单个图像中捕获整个体积。此项研究发表在《光：科学与应用》杂志上。
EDF-RIM 是建立在随机照明显微镜（RIM）的基础之上，RIM 是一种利用随机散斑模式进行照明的超分辨率技术。这些模式在统计上对散射或像差并不敏感。RIM 借助在不同散斑模式下拍摄的多幅图像，通过分析图像方差的数值算法生成超分辨率图像。这种独特的方式使得 RIM 特别适用于 3D 成像。
EDF-RIM 通过集成扩展景深（EDF）检测系统，解决了每片需要多个图像的限制。该系统快速扫描焦平面，有效地将整个 3D 体积投影到单个图像上。这极大地减少了图像采集所需的时间，同时也大大降低了光照强度。与传统的 EDF 显微镜相比，EDF-RIM 系统具有显著优势，包括对比度提高以及分辨率提高两倍。然而，EDF-RIM 的投影特性意味着轴向信息会丢失。
对于荧光分布在曲面上的样品，比如果蝇上皮，研究人员已经开发出一种估计表面形貌的方法。这使得能够重建横向超分辨率 3D 图像，并精确地呈现物体的形状。EDF-RIM 代表了荧光显微镜的重大进步，为成像大型和复杂的 3D 结构提供了一种更有效且强大的方式。这项技术在推进我们对生物过程的理解方面有着巨大的潜力，特别是在速度、分辨率以及最小光暴露为关键因素的领域。
