光學(xué)顯微鏡的分辨率受到衍射效應(yīng)的限制。自1873年以來,200納米的“阿貝極限”一直被認(rèn)為是光學(xué)顯微鏡理論上的分辨率極限。近年,人們在超越衍射極限的成像方法研究中取得了令人矚目的進(jìn)展,其中,基于單分子定位的超分辨光學(xué)成像技術(shù),獲得了高達(dá)30~50nm的空間分辨率,為科學(xué)研究的諸多領(lǐng)域,尤其是活細(xì)胞內(nèi)動態(tài)過程的研究,提供了前所未有的工具。
基于單分子定位的超分辨光學(xué)成像顯微鏡的主要缺陷是成像速度較慢。目前,使用高速高靈敏的探測器和高效的熒光探針,可以將圖像采集時間從原來的數(shù)小時大大縮短到分鐘量級,但是,圖像分析過程仍然耗時巨大(0.5~4h)。因此,實(shí)驗結(jié)束很久之后,研究人員才能看到超分辨圖像,不能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗過程中的參數(shù)優(yōu)化或者實(shí)驗現(xiàn)象的早期發(fā)現(xiàn)與干預(yù)。
武漢光電國家實(shí)驗室(籌)Britton Chance生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究中心“現(xiàn)代顯微光學(xué)成像”研究團(tuán)隊黃振立教授、全廷偉博士生等近期在超分辨光學(xué)成像研究中取得新進(jìn)展。他們建立了一種高速高精度超分辨圖像實(shí)時處理方法(MaLiang方法)。根據(jù)熒光分子光子發(fā)射的統(tǒng)計特性,采用最大似然法進(jìn)行高精度定位,同時利用GPU并行計算的速度優(yōu)勢,在不犧牲成像視場和定位精度的前提下,對超分辨成像實(shí)驗過程中獲得的圖像進(jìn)行實(shí)時處理;MaLiang方法的快速超分辨光學(xué)成像技術(shù),可以用于探索活細(xì)胞內(nèi)多個蛋白質(zhì)的空間位置、構(gòu)象變化和相互作用等分子事件(秒量級)。該項工作得到國家自然科學(xué)基金和武漢光電國家實(shí)驗室創(chuàng)新基金等的支持,結(jié)果發(fā)表在今年5月20日Optics Express, Vol. 18, Iss. 11, pp. 11867-11876。