近日，南京理工大學智能計算成像實驗室陳錢、左超教授團隊在國際權威期刊《PhotoniX》發表重要研究成果。該團隊成功研發的基于集成學習的單幀復合結構光照明超分辨顯微成像技術（eDL-cSIM），僅需單次拍攝即可完成超高清成像，其速度更能提升至傳統技術的9倍。這一突破性進展，為生命科學基礎研究、疾病機制解析乃至藥物開發領域，打開了一扇全新的觀測之窗。
?△左超教授與錢佳銘博士后在調試系統
從“霧里看花”到“纖毫畢現”
在微觀的生命科學領域，細胞內部的奧秘一直是科學家們不懈探索的目標。然而，受光學衍射極限的限制，傳統光學顯微鏡的分辨率長期徘徊在200納米左右，難以清晰觀測細胞內部更精細的結構。
?△研究人員通過eDL-cSIM成像的COS-7細胞線粒體的超分辨圖像
陳錢、左超教授團隊研發的eDL-cSIM技術，就像給顯微鏡裝上了“超級透視鏡”，不僅能看到細胞內的線粒體、微管等細微結構，還能以每秒數十幀的速度捕捉它們動態變化的精彩瞬間。通過該技術，僅需一次曝光就能獲取傳統技術需要多次拍攝才能獲得的信息，成像速度提升至傳統結構光照明顯微鏡的9倍，同時將橫向分辨率提升至100納米量級。
“傳統顯微鏡拍細胞就像拍電影膠片，至少要拍9張照片才能拼出一張高清圖。”團隊主成員、南京理工大學博士后錢佳銘打了個比方，“我們的技術就像手機連拍模式，單次快門就能完成過去9次的工作量，成像速度提升9倍！”
這項技術的關鍵在于“六光束干涉復合照明”。想象一下，把原本需要分三次拍攝的不同角度光照，通過精密的光柵疊加技術，一次性照射到樣品上。就像同時打開三個聚光燈，讓細胞的所有細節無處遁形。配合自主研發的集成神經網絡算法，就像給顯微鏡裝上“最強大腦”，從單張模糊的圖像中剝離出納米級的細節。
從“高溫酷刑”到“溫柔spa”
這項技術的厲害之處，不僅在于速度，更在于它的“溫柔”。傳統超分辨顯微技術為了獲取足夠信息，往往需要較長時間的高強度光照，這對脆弱的活細胞來說無異于“酷刑”。而eDL-cSIM通過智能算法優化，將光照劑量降低了88.9%，就像給細胞做了個“溫柔spa”，在觀測過程中最大限度減少傷害，為科學家長時間活細胞動態觀測提供了可能。
?△研究人員在調試系統
在實驗室里，研究人員用這項技術拍攝了活體COS-7細胞的線粒體。顯微鏡下，線粒體像跳動的小精靈，時而分裂成兩個，時而融合成一個，整個動態生物學過程清晰可見。
據了解，運用該項技術，研究人員可以長時間觀察活細胞的活動而不影響其正常功能，為深入研究線粒體動態平衡及其在各種疾病發病機制中的作用提供了強有力的新型觀測工具，展現出在活細胞超分辨成像領域的廣闊應用前景。
“就像給醫生配了高倍放大鏡，能更早發現疾病的蛛絲馬跡。”左超教授描繪著未來圖景，“或許有一天，我們能在亞細胞層面實時監測癌癥治療的效果，甚至預測疾病的發展趨勢。”該技術的持續發展，有望在生命科學、疾病研究、藥物開發等領域發揮更大作用，為解決人類面臨的健康問題帶來更多希望。
現代快報/現代+記者 于露
（學校供圖）
