大视场超分辨率高速成像的优势分析

研究人员开发了一种荧光显微镜，它使用结构光照明，可以在大视场范围内快速超分辨率成像。这种新的显微镜被设计成同时以非常高分辨率成像多个活细胞，以研究各种药物和药物混合物对人体的影响。   德国比勒费尔德大学的亨宁·奥特克拉斯说：“复方合剂通常是开给慢性病患者或老年人的多种药物组合，这可能因相互作用导致危险，并正在成为一个主要问题。我们开发了这种显微镜，作为EIC Pathfinder OpenProject DeLIVERy的一部分，该项目旨在开发一个平台，可以调查单个患者的多重用药情况。”

在《光学快报》杂志上，研究人员描述了他们的新型显微镜，该显微镜使用光纤传输激发光，以实现在非常大的视野范围内具有多色和高速能力的非常高的图像质量。他们表明，该仪器可用于肝细胞成像，视野可达150x 150μm2，成像速率可达44Hz，同时保持小于100nm的时空分辨率。

Ortkrass说：“有了这种新的显微镜，单个药物组合可以在分离的细胞上进行测试，然后用超分辨率成像来观察细胞膜特征或细胞器的动态。大视场可以提供有关细胞反应的统计信息，这可以用于改善个性化医疗保健。由于该系统的潜在小尺寸，它可能也适用于高分辨率很重要的临床应用。”

高分辨率、大视场

新的显微镜基于超分辨结构光照明显微镜(SR-SIM)，它使用结构光模式来激发样品中的荧光，并实现超越光衍射极限的空间分辨率。SR-SIM特别适用于活细胞成像，因为它使用低功率激发，不会伤害样品，同时产生高度详细的图像。

为了实现宽视野下的高分辨率，新的显微镜从一组原始图像中重建超分辨率图像。这些原始图像是通过使用一组六根光纤来获得的，这些光纤以正弦条纹模式照射样品，通过移动和旋转来获得额外的信息。这创造了两倍的分辨率改进，同时仍然实现了快速成像，并与活细胞成像兼容。

Ortkrass说：“光纤选择和相移是使用基于电流计镜和MEMS镜的新设计的光纤开关进行的。我们还定制了一个六边形支架，将六根光纤的光束对准并重新聚焦到显微镜中，以照亮一个大的视场范围，并允许对所有光束进行精确调整。这使得该设置可以用于全内部反射荧光激发(TIRF)-SIM，用于将荧光激发和检测限制到样品的薄区域。”    

肝细胞成像

由于肝脏是参与药物代谢的主要器官，研究人员使用固定的多色染色的老鼠肝细胞样本测试了这一装置。用新的显微镜产生的重建图像允许可视化小于光的衍射极限的微小膜结构。

研究人员使用新的显微镜设备对固定的染色肝细胞进行成像，图像显示了细胞微小的膜结构，这些结构小于光的衍射极限。 Ortkrass说：“这个紧凑的系统独特的结合了大视场和快速模式切换速度与多色、高效的激发。此外，该设置可以实现非常高的图像质量，并可以调整以执行2D-SIM或TIRF-SIM。” 下一步，研究人员计划将该显微镜装置应用于肝细胞的活细胞研究，以观察几种药物处理细胞的动态。他们还计划改进图像重建过程，以完成对获取的原始数据的实时重建。

编辑：黄飞