细胞细节“一拍即现”！南理工打造单帧快照式超分辨显微镜

近日，南京理工大学智能计算成像实验室陈钱、左超教授团队在国际权威期刊《PhotoniX》发表重要研究成果。该团队成功研发的基于集成学习的单帧复合结构光照明超分辨显微成像技术（eDL-cSIM），仅需单次拍摄即可完成超高清成像，其速度更能提升至传统技术的9倍。这一突破性进展，为生命科学基础研究、疾病机制解析乃至药物开发领域，打开了一扇全新的观测之窗。

从“雾里看花”到“纤毫毕现”

在微观的生命科学领域，细胞内部的奥秘一直是科学家们不懈探索的目标。然而，受光学衍射极限的限制，传统光学显微镜的分辨率长期徘徊在200纳米左右，难以清晰观测细胞内部更精细的结构。

陈钱、左超教授团队研发的eDL-cSIM技术，就像给显微镜装上了“超级透视镜”，不仅能看到细胞内的线粒体、微管等细微结构，还能以每秒数十帧的速度捕捉它们动态变化的精彩瞬间。通过该技术，仅需一次曝光就能获取传统技术需要多次拍摄才能获得的信息，成像速度提升至传统结构光照明显微镜的9倍，同时将横向分辨率提升至100纳米量级。

“传统显微镜拍细胞就像拍电影胶片，至少要拍9张照片才能拼出一张高清图。”团队主成员、南京理工大学博士后钱佳铭打了个比方，“我们的技术就像手机连拍模式，单次快门就能完成过去9次的工作量，成像速度提升9倍！”

这项技术的关键在于“六光束干涉复合照明”。想象一下，把原本需要分三次拍摄的不同角度光照，通过精密的光栅叠加技术，一次性照射到样品上。就像同时打开三个聚光灯，让细胞的所有细节无处遁形。配合自主研发的集成神经网络算法，就像给显微镜装上“最强大脑”，从单张模糊的图像中剥离出纳米级的细节。

从“高温酷刑”到“温柔spa”

这项技术的厉害之处，不仅在于速度，更在于它的“温柔”。传统超分辨显微技术为了获取足够信息，往往需要较长时间的高强度光照，这对脆弱的活细胞来说无异于“酷刑”。而eDL-cSIM通过智能算法优化，将光照剂量降低了88.9%，就像给细胞做了个“温柔spa”，在观测过程中最大限度减少伤害，为科学家长时间活细胞动态观测提供了可能。

在实验室里，研究人员用这项技术拍摄了活体COS-7细胞的线粒体。显微镜下，线粒体像跳动的小精灵，时而分裂成两个，时而融合成一个，整个动态生物学过程清晰可见。

据了解，运用该项技术，研究人员可以长时间观察活细胞的活动而不影响其正常功能，为深入研究线粒体动态平衡及其在各种疾病发病机制中的作用提供了强有力的新型观测工具，展现出在活细胞超分辨成像领域的广阔应用前景。

“就像给医生配了高倍放大镜，能更早发现疾病的蛛丝马迹。”左超教授描绘着未来图景，“或许有一天，我们能在亚细胞层面实时监测癌症治疗的效果，甚至预测疾病的发展趋势。”该技术的持续发展，有望在生命科学、疾病研究、药物开发等领域发挥更大作用，为解决人类面临的健康问题带来更多希望。

现代快报/现代+记者 于露

（学校供图）