研究人員開發出一種熒光顯微鏡，利用結構照明在寬視場範圍內快速進行超分辨率成像。這種先進的顯微鏡可同時捕捉多個活細胞的高分辨率圖像，有助於分析不同藥物及其組合對人體的影響。

研究人員開發了一種熒光顯微鏡，利用結構照明在寬視場範圍內進行快速超分辨率成像。它還可用於多色和高速成像。圖片來源：比勒費爾德大學Henning Ortkrass

德國比勒費爾德大學的亨寧-奧特克拉斯（Henning Ortkrass）說：”通常開給慢性病患者或老年人的多種藥物組合的影響可能導致危險的相互作用，並正在成為一個主要問題。我們開發的這款顯微鏡是EIC Pathfinder OpenProject DeLIVERy 項目的一部分，該項目旨在開發一個平台，用於研究個體患者的多重用藥情況。”

研究人員使用新的顯微鏡裝置對固定的多色染色肝細胞進行成像。圖像顯示了細胞的微小膜結構，這些結構小於光的衍射極限。圖片來源：比勒費爾德大學Henning Ortkrass

在Optica 出版集團的《光學快報》（Optics Express）雜誌上，研究人員介紹了他們的新型顯微鏡，該顯微鏡利用光纖傳輸激發光，在非常大的視野範圍內實現了非常高的圖像質量，並具有多色和高速功能。研究表明，該儀器可用於肝細胞成像，視場可達150 x 150 μm²，成像速率高達44 Hz，同時保持小於100 nm 的時空分辨率。

Ortkrass說：”使用這種新型顯微鏡，可以在離體細胞上測試單個藥物組合，然後進行超分辨率成像，觀察細胞膜特徵或細胞器的動態變化。大視場可以提供有關細胞反應的統計信息，這些信息可用於改善個性化醫療保健。由於該系統的潛在尺寸較小，它還可用於高分辨率非常重要的臨床應用。”

新型熒光顯微鏡採用結構照明，可在寬視場範圍內快速進行超分辨率成像。還可以進行多色成像，如視頻所示。圖片來源：比勒費爾德大學Henning Ortkrass

這種新型顯微鏡基於超分辨結構照明顯微鏡（SR-SIM），利用結構化的光模式激發樣品中的熒光，實現超越光衍射極限的空間分辨率。SR-SIM 特別適合活細胞成像，因為它使用低功耗激發，不會傷害樣本，同時還能生成高度精細的圖像。

為了實現寬視場的高分辨率，新型顯微鏡從一組原始圖像中重建超分辨圖像。這些原始圖像是通過使用一組六根光纖，以正弦條紋圖案照射樣品獲得的。這樣，分辨率提高了兩倍，同時還能實現快速成像，並與活細胞成像兼容。

得益於顯微鏡的大視野，可以同時獲取多個細胞的超分辨率圖像。圖片來源：Henning Ortkrass，比勒費爾德大學

Ortkrass 說：”光纖選擇和相移是通過基於振鏡和MEMS 鏡的全新設計的光纖開關實現的。為此我們還定制設計了一個六邊形支架，可將六根光纖的光束准直並重新聚焦到顯微鏡中，以照亮一個大的FOV 並對所有光束進行精確調整。這使得該裝置可用於全內反射熒光激發（TIRF）-SIM，從而將熒光激發和檢測限制在樣品的薄區域內。 “

由於肝臟是參與藥物代謝的主要器官，研究人員使用固定的多色染色大鼠肝細胞樣本對該裝置進行了測試。利用新型顯微鏡生成的重建圖像可以觀察到小於光衍射極限的微小膜結構。

Ortkrass 說：”這種緊湊型系統獨特地將大視野、快速圖案切換速度與多色、高能效激發結合在一起。此外，該裝置還能獲得極高的圖像質量，並可進行調整，以執行2D-SIM 或TIRF-SIM。”

下一步，研究人員計劃將該顯微鏡裝置應用於肝細胞的活細胞研究，以觀察接受多種藥物治療的細胞的動態變化。他們還計劃改進圖像重建過程，以完成對獲取的原始數據進行實時重建。