光學(xué)顯微鏡作為生物學(xué)研究的重要工具，使我們得以窺見微觀世界的奧秘。隨著生命科學(xué)的深入探索，我們對細(xì)胞內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)解析的需求不斷提升，而傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡因光學(xué)衍射極限，難以清晰解析納米尺度的細(xì)節(jié)。

為了解決日益凸顯的分辨率瓶頸，近年來，一系列超分辨率（Super resolution, SR）光學(xué)成像技術(shù)得到了飛速發(fā)展。該技術(shù)的提出徹底突破了傳統(tǒng)顯微鏡的分辨率限制，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞結(jié)構(gòu)的超高分辨率成像，并掀開了生命科學(xué)研究的新篇章。

近日，Science China Life Sciences (《中國科學(xué)：生命科學(xué)》英文版) 在線出版了題為“Cellular optical imaging techniques: a dynamic advancing frontier”的綜述文章。該綜述由北京大學(xué)陳良怡教授牽頭組織，由中國科學(xué)院生物物理研究所紀(jì)偉研究員、北京大學(xué)席鵬教授、浙江大學(xué)匡翠方教授、北京大學(xué)孫育杰教授、華中科技大學(xué)費(fèi)鵬教授等多位專家共同撰寫完成。

文章系統(tǒng)闡述了多種超分辨顯微鏡的技術(shù)原理與性能特點(diǎn)，并結(jié)合生物學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，不僅為成像技術(shù)領(lǐng)域的科研人員提供了明確的技術(shù)發(fā)展方向，也為生命科學(xué)研究者在技術(shù)選型上提供了切實(shí)有效的參考指導(dǎo)。

單分子定位超分辨顯微鏡在細(xì)胞生物學(xué)中的應(yīng)用

文章系統(tǒng)回顧了領(lǐng)域內(nèi)的最新進(jìn)展，涵蓋結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡（Structured illumination microscopy，SIM）、點(diǎn)掃描超分辨率顯微鏡（Point scanning super resolution，PS-SR）、單分子定位顯微鏡（Single molecule localization microscopy，SMLM）及數(shù)學(xué)與深度學(xué)習(xí)（Deep learning，DL）算法等前沿技術(shù)。超分辨顯微成像技術(shù)為生命科學(xué)邁入納米尺度研究提供了強(qiáng)大支撐。這些技術(shù)不僅為基礎(chǔ)細(xì)胞生物學(xué)帶來了強(qiáng)有力的觀察工具，更廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)、腫瘤研究和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，開拓了觀察細(xì)胞器動態(tài)、蛋白質(zhì)分布和分子相互作用的新視野，助力疾病機(jī)制研究與新藥開發(fā)邁出關(guān)鍵步伐。

深度學(xué)習(xí)超分辨技術(shù)

超分辨率顯微成像以其前所未有的視角，推動科學(xué)家們深入揭示細(xì)胞微觀世界的復(fù)雜性，洞察生命活動的本質(zhì)細(xì)節(jié)。如今，超分辨率成像技術(shù)已站在生命科學(xué)研究的前沿，開啟了前所未有的納米世界探索之門。未來，作為高度交叉融合的技術(shù)領(lǐng)域，超分辨率成像將持續(xù)依托跨學(xué)科合作與技術(shù)創(chuàng)新，突破成像分辨率和速度的極限，擴(kuò)展生物樣本的適用范圍，助力科學(xué)家精確揭示細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的分子機(jī)制與動態(tài)過程。隨著細(xì)胞納米世界的逐步揭示，超分辨率成像技術(shù)必將持續(xù)驅(qū)動生命科學(xué)的探索之旅，揚(yáng)帆遠(yuǎn)航，開創(chuàng)更加輝煌的未來。

來源: 《中國科學(xué)》雜志社