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超强激光科学卓越创新简报

(第六百九十期)

2025年7月24日

上海光机所在多色超分辨结构光照明显微鬼成像方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部韩申生研究员、刘震涛副研究员团队在多色超分辨结构光照明显微鬼成像方面取得突破，相关研究成果以“Multicolor super-resolution structured illumination microscopy based on snapshot spectral ghost imaging via sparsity constraints”为题，发表于ACS Photonics。

超分辨多色荧光显微在活细胞成像、医疗诊断等方面有重要的应用前景。结构光照明显微镜（SIM）因其采用宽场照明的方式更适合多色活细胞成像。但传统的多色SIM成像需对各光谱通道图像分时序采集，降低时间分辨率，或利用多相机同时采集会增加系统复杂度和成本。

为此，研究团队开发了一种新型的多色结构光照明超分辨显微技术，将结构光照明显微镜与快照式鬼成像光谱相机（GISC Spectral Camera）相结合，利用结构光照明和荧光信号的稀疏先验来提高空间分辨率，利用鬼成像光谱相机的单次曝光多色成像优势来提高时间分辨率。实验上搭建了一套结构光照明三色荧光显微鬼成像装置，实现了对荧光微球和荧光染色细胞的超分辨成像，空间分辨率超衍射限约2.65倍，多色成像的时间分辨率相比传统SIM提高3倍。该技术成功应用于玉米茎细胞样品的超分辨成像，清晰解析了相邻细胞器的精细结构（图d）。其高效的多色单曝光的成像能力，有望对细胞器相互作用、药物递送等动态过程实现实时观测。

该项工作得到国家重点研发计划的支持。

原文链接

图1 (a)结构光照明显微鬼成像系统示意图；(b)成像空间分辨率提升示意图，从左到右分别为传统宽场、传统SIM、GISC-SIM频谱范围；(c)荧光微球超分辨成像实验结果；(d)玉米茎细胞三色成像实验结果。

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