近日，哈工大儀器學(xué)院青年教授李浩宇團(tuán)隊(duì)在生物醫(yī)學(xué)超分辨顯微成像技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。針對目前超分辨顯微鏡所面臨的成像通量限制，團(tuán)隊(duì)提出基于計(jì)算光學(xué)成像的新一代高通量三維動態(tài)超分辨率成像方法，通過計(jì)算成像技術(shù)增強(qiáng)熒光漲落探測靈敏度，使探測靈敏度提升兩個數(shù)量級以上，突破了現(xiàn)有顯微成像技術(shù)在高通量視場、高空間分辨率和高時間分辨率等難以兼顧的難題，將目前世界上超分辨顯微鏡中最高通量視場成像范圍提升至毫米級，可在10分鐘內(nèi)對包含超過2000個細(xì)胞的視場上實(shí)現(xiàn)了128納米的超高空間分辨率成像，為細(xì)胞學(xué)異質(zhì)性和生物醫(yī)學(xué)等研究提供新的科學(xué)影像儀器。

6月15日，該研究成果以《通過增強(qiáng)熒光漲落檢測實(shí)現(xiàn)高通量超分辨率成像》（Enhanced detection of fluorescence fluctuations for high-throughput super-resolution imaging）為題，以長文形式在線發(fā)表于國際權(quán)威雜志《自然光子學(xué)》（Nature Photonics，2021年影響因子39.7，光學(xué)類最高），這是哈工大首次在該刊物上以第一通訊單位發(fā)表論文。

超分辨成像技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著成像領(lǐng)域?qū)τ诠鈱W(xué)衍射極限的突破，也極大地推動了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。利用超分辨技術(shù)，生物學(xué)家得以對病態(tài)細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)的量化統(tǒng)計(jì)和直觀的可視化分析。然而，常見的超分辨技術(shù)往往需要復(fù)雜的圖像采集設(shè)備和特定的成像控制，并且時間分辨率低，成像通量不足，這限制了超分辨成像在生物醫(yī)學(xué)中的廣泛應(yīng)用�；�于熒光漲落物理特性的超分辨成像技術(shù)（Super-resolution optical fluctuation imaging，SOFI）是一種經(jīng)典的基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的超分辨方法，可以在不借助額外光學(xué)元件的條件下突破衍射極限。但傳統(tǒng)的SOFI技術(shù)往往需要1000幀以上的原始圖像用于重建，自2009年提出至今仍然難以滿足生物醫(yī)學(xué)中對于大視場和細(xì)胞器瞬時動態(tài)等研究的高通量成像需求。

為了解決上述問題，李浩宇團(tuán)隊(duì)提出了自相關(guān)兩步解卷積超分辨成像（Super resolution imaging based on Auto Correlation with two-step Deconvolution，SACD）。不同于傳統(tǒng)SOFI需要統(tǒng)計(jì)大量的原始圖像，SACD通過增強(qiáng)圖像中的可探測熒光漲落特性，在每一幀圖像中提取更多有效信息以實(shí)現(xiàn)超分辨成像。SACD在計(jì)算超分辨統(tǒng)計(jì)量前對原始圖像進(jìn)行預(yù)解卷積，這一獨(dú)特的處理增強(qiáng)了熒光信號的開關(guān)對比度，更高效地利用信息，從而縮減了重建所需的原始圖像數(shù)量。隨后再將解卷積作為后處理步驟，進(jìn)一步提升空間分辨率。最終，SACD可以將重建所需原始圖像數(shù)量縮減兩個數(shù)量級以上，并使空間分辨率提升超過兩倍多，滿足了生物醫(yī)學(xué)研究的高通量成像需求。