研究人员实现大视场高速超分辨率成像

研究人员开发了一种荧光显微镜，它使用结构照明在宽视场内进行快速超分辨率成像。这种新型显微镜旨在以非常高的分辨率同时对多个活细胞进行成像，以研究各种药物和药物混合物对身体的影响。

德国比勒费尔德大学的亨宁·奥特克拉斯说： “多重用药——通常为慢性病患者或老年人开出的多种药物组合的效果——可能会导致危险的相互作用，并正在成为一个主要问题。” “我们开发了这款显微镜，作为EIC Pathfinder OpenProject DeLIVERy 的一部分，该项目旨在开发一个可以研究个体患者多重用药的平台。”

在 Optica 出版集团的期刊Optics Express中，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，能够在非常大的视场中实现非常高的图像质量，并具有多色和高速功能。他们表明，该仪器可用于对肝细胞进行成像，实现高达 150 x 150 μm² 的视野和高达 44 Hz 的成像速率，同时保持小于 100 nm 的时空分辨率。

“使用这种新型显微镜，可以在分离的细胞上测试单个药物组合，然后以超分辨率成像以观察细胞膜特征或细胞器的动态，”Ortkrass 说。“大视野可以提供有关细胞反应的统计信息，这可用于改善个性化医疗保健。由于该系统的尺寸可能很小，因此它对于高分辨率很重要的临床应用也可能很有用。”

大视野范围内的高分辨率

新型显微镜基于超分辨结构照明显微镜(SR-SIM)，它使用结构光图案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 特别适合活细胞成像，因为它使用低功率激励，不会损害样品，同时生成高度详细的图像。

为了在宽视场中实现高分辨率，新型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个光纤以正弦条纹图案照射样品来获取的，该图案经过移动和旋转以获得额外信息。这使得分辨率提高了两倍，同时仍然实现快速成像并与活细胞成像兼容。

“光纤选择和相移是使用基于检流计镜和 MEMS 镜的新设计光纤开关来执行的，”Ortkrass 说。“我们还定制设计了一个六角形支架，可将六根光纤的光束准直并重新聚焦到显微镜中，以照亮大视场并允许精确调整所有光束。这使得该装置可用于全内反射荧光激发 (TIRF)-SIM，用于将荧光激发和检测限制在样品的较薄区域。”

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大鼠肝细胞样本测试了该设置。使用新显微镜生成的重建图像可以使小于光衍射极限的微小膜结构可视化。

“这个紧凑的系统独特地将大视野和快速图案切换速度与多色、高能效激励结合在一起，”Ortkrass 说。“此外，该设置可实现非常高的图像质量，并且可以进行调整以执行 2D-SIM 或 TIRF-SIM。”

接下来，研究人员计划将显微镜装置应用于肝细胞的活细胞研究，以观察用几种药物处理的细胞的动态。他们还计划改进图像重建过程，以完成所获取的原始数据的实时重建。

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