超级显微镜揭秘首次全景捕捉细胞间交互行为
近日，《细胞》杂志刊发了清华大学戴琼海、郭增才、吴嘉敏等人最新研究成果，宣布了新一代介观显微仪器RUSH3D系统的问世。在兼具厘米级三维视场与亚细胞分辨率的同时，能够以20赫兹的高速三维成像速度实现长达数十小时的连续低光毒性观测，首次全景式地记录了器官尺度下大规模细胞间的交互行为。 在生物体内，细胞之间的通信对于维持生命活动至关重要。传统的显微镜技术由于分辨率的限制，很难捕捉到这些精细的交互行为。而超级显微镜的出现，使得科学家们能够以高清晰度观察到细胞间的互动。这种显微镜采用了先进的成像技术，能够提供超高分辨率的图像，让科学家们能够看到细胞内部的微小结构和动态变化。 瞄准介观显微成像国际前沿难题，戴琼海团队早在2013年就在国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目的支持下，在国际上率先开展了介观显微成像领域研究，并于2018年成功研制了国际首台亿像素介观荧光显微仪器RUSH，能够同时兼具厘米级视场与亚细胞分辨率。尽管这一系统被国际同行誉为介观显微成像领域的先驱，但是由于仪器复杂昂贵，在当时仅能被少数科学家使用。 与此同时，RUSH系统仍然面临一系列瓶颈，包括：如何利用二维传感器实现高速三维成像；如何提升弱光条件下的成像信噪比；如何高效处理大规模介观数据等。每一项技术瓶颈本身都是生物医学成像领域的国际难题，而如何在同一系统上同时解决，则变得更为挑战。 此后6年间，戴琼海院士带领成像与智能技术实验室，瞄准介观显微成像高峰，持续攻关这些国际前沿难题，先后提出扫描光场成像原理、数字自适应光学架构、虚拟扫描算法、共聚焦扫描光场架构、自监督去噪算法等关键理论与技术，逐一解决了介观显微成像中一系列壁垒，为RUSH3D的问世奠定了基础。 戴琼海院士表示，相比于目前市场上最先进的荧光显微镜，新一代介观显微仪器RUSH3D系统在同样分辨率下的成像视场面积提升了近百倍，三维成像速度提升了数十倍，有效观测时长提升百倍。 超级显微镜首次全景式记录大规模细胞间交互行为，为科研工作者打开了一个全新的视野。这一研究成果不仅将推动生物学领域的进一步发展，也为医学研究和药物开发带来了新的希望。随着技术的不断进步和应用的拓展，超级显微镜将在未来的科学研究中发挥更加重要的作用。
