社会专题
靓丽女人 黑白社会 硬件网络 天下军事 教育咨询 星新一代 汽车电子 幽默笑话 农村特色 有书有道 软件技术 玄幻奇幻 办公达人 便民服务 免费资源 代码效果 美文园地 寻医问药 健康保健 时尚酷玩 天文地理 科技科幻 美食天下 游山玩水 历史天空 制作教程
FLASH频道
女生游戏 益智游戏 有声艺术 有声故事 电脑运用 休闲游戏 MTV类 运动游戏
聚划算
商旅游玩 装潢装饰 家电家具 服装服饰 健康保健 二手特色 生活必备 数码产品
映讯频道
喜剧片 国内片 情感片 动作片 战争片 纪录之窗 欧美剧集 明星云集 动漫片 港澳台剧 大陆剧 科幻片 恐怖片 浓缩电影 教育教学 艺术无界 一技之长 邻国热剧
下载中心
音体美合 信息社政 英语外语 科学自然 常用软件 语文数学 手机软件 红绿软件
图片中心
制作美图 生活图片 美女欣赏 实物图片 艺术欣赏 风景欣赏
领券购
热销女装 热血男装 生活必须 电子电器 手机电脑 旅游出行 学习艺术 吃货优选
新闻中心
一语惊人 奇闻趣事 热点专栏 曝光台 消费警示 今日观察 IT业界 消费主张 动态备忘 专利之窗
关闭
当前位置:首页社会专题寻医问药
基于干涉图像扫描的无标记活细胞成像

导读

近日,美国斯坦福大学W. E. Moerner团队展示了基于干涉图像扫描显微镜的无标记活细胞成像成果。该团队创新地将干涉散射检测与图像扫描显微镜相结合,并开发自适应像素重分配算法,在活细胞内部实现约120纳米的横向分辨率,同时将每个衍射受限光斑的入射照明功率降低一个数量级,显著减少光损伤,为活细胞的高分辨率、低干扰成像提供新方向。该研究成果近日发表于国际顶尖学术期刊《Light: Science & Applications》,题为“Interferometric Image Scanning Microscopy for label-free imaging at 120nm lateral resolution inside live cells”,美国斯坦福大学Michelle Küppers为论文第一作者,W. E. Moerner为论文通讯作者。

研究背景

活细胞高分辨率成像在生命科学基础研究、疾病早期诊断及药物研发中至关重要,现有活细胞成像技术存在明显局限:基于荧光标记的成像技术虽应用广泛、分辨率较高,但需依赖染料或基因修饰,易引发光毒性、干扰细胞正常生理功能,且难以实现长时间动态观测;基于无标记的传统成像技术虽可避免标记干扰,但要么空间分辨率不足,无法清晰分辨细胞内细微结构,要么需要较高的入射照明功率,易损伤活细胞,难以兼顾高分辨率与低光毒性的需求。回音壁模式微腔兼具高Q值与光谱响应特性,却因模式周期性导致波长测定范围窄,多微腔拓展效果仍不及其他原理,难以兼顾宽光谱、高精度与高集成性。

此外,当前活细胞无标记高分辨率成像研究仍存在未解决的核心问题:一方面,传统无标记成像技术的信号检测灵敏度有限,在活细胞复杂的内环境中易受背景噪声和散斑干扰,导致成像对比度低,难以精准区分目标结构与周围环境;另一方面,现有高分辨率无标记成像方案多依赖复杂的光学系统设计,设备体积庞大、集成度低,且缺乏适配活细胞观测的低功率照明优化策略,无法实现芯片级集成与便携式应用,同时难以在长时间观测中维持细胞活性,制约了活细胞无标记高分辨率成像技术的实用化与普及。

创新研究

针对上述问题,研究团队创新性地提出干涉图像扫描显微镜无标记成像方案(如图1概念示意)。通过将干涉散射检测与图像扫描显微镜技术深度融合,利用衍射受限光斑的逐点扫描与干涉信号叠加,突破传统无标记成像技术横向分辨率不足的局限,在活细胞内部实现120纳米的高分辨率成像,同时彻底规避荧光标记带来的光毒性和生物功能干扰。

图1:干涉式光谱测量技术(iISM)原理及干涉式点扩展函数(iPSF)。

研究团队还开发了自适应像素重分配算法。通过该算法对扫描采集的干涉信号进行精准解析和像素重构,有效抑制活细胞复杂内环境中的背景噪声与散斑干扰,显著提升成像对比度,解决传统无标记成像在活细胞环境中信号辨识度低的问题;同时结合低功率照明策略,将单个衍射受限光斑的入射照明功率降低一个数量级,实现活细胞的长时间低损伤动态观测。

此外,研究人员进一步优化了成像系统的光学结构与器件适配方案(如图2系统特性展示)。通过精简干涉检测模块的光学元件、优化光路布局提升系统集成度,克服传统高分辨率成像设备体积庞大、操作复杂的弊端,为便携式活细胞成像设备的研发奠定基础;同时优化后的光学系统与活细胞培养环境具有良好兼容性,无需对样品进行特殊预处理,解决现有高分辨率成像技术对活细胞样品适配性差的问题,推动无标记活细胞成像技术的实用化发展。

图2:采用自适应像素重分配(APR)流程的干涉式ISM(ilSM)技术。

总结与展望

综上,该研究通过干涉散射检测与图像扫描显微镜的创新性融合,结合自适应像素重分配算法及优化的系统光学设计,成功实现活细胞内部的无标记高分辨率成像。研究不仅突破传统无标记成像技术分辨率不足、光毒性强的核心瓶颈,还提升了系统集成度与样品适配性,为活细胞内细微结构的动态观测提供了可靠技术手段,推动了无标记成像技术在生命科学研究中的实用化进程。未来研究可进一步优化光学系统的集成度与便携性,推动设备的小型化开发以满足现场检测需求;同时可拓展技术的适用光谱范围,结合多模态成像策略提升对复杂活细胞环境的观测能力。此外,通过算法的持续迭代提升成像速度,有望实现对活细胞生理过程的高速动态追踪,为疾病机制研究与精准医疗提供更有力的技术支撑。

论文信息

Küppers, M., Moerner, W.E. Interferometric Image Scanning Microscopy for label-free imaging at 120 nm lateral resolution inside live cells. Light Sci Appl 15, 129 (2026).

https://doi.org/10.1038/s41377-026-02210-y

提示:输入修改代码都可运行!
1
酒精度
54
顶一下
相关阅读
内容加载中……