提要：超分辨光學(xué)成像技術(shù)是目前國際上光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，在此領(lǐng)域的取得的研究成果使西安光機所在超分辨光學(xué)顯微成像技術(shù)方面躋身于世界前列。該技術(shù)的成果轉化將改變我國在超分辨光學(xué)顯微鏡市場(chǎng)沒(méi)有自主知識產(chǎn)權高端科學(xué)儀器的局面。該技術(shù)通過(guò)與生物醫學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科的交叉合作，將大大提高我國在該領(lǐng)域的研究水平。

　　眾所周知，光學(xué)成像技術(shù)在人類(lèi)探索和發(fā)現未知世界奧秘的活動(dòng)中扮演著(zhù)重要的角色。大到宇宙，小到分子，看得更遠、更細、更清楚是人們不斷追求的目標。但受限于光的衍射特性，傳統光學(xué)系統的空間分辨率不可能無(wú)限小，存在著(zhù)瑞利-阿貝物理極限。能否突破這個(gè)極限，繼續提高光學(xué)系統的成像分辨率?成為當今光學(xué)領(lǐng)域公認的一個(gè)重大研究課題。

　　雖然電子顯微鏡、原子力顯微鏡等技術(shù)可以獲得更高的分辨率，但由于各種原因和限制(如不能活體實(shí)時(shí)成像，樣品制備復雜)，光學(xué)顯微鏡仍然是當前生物醫學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科研究中的主要觀(guān)測設備。但普通光學(xué)顯微鏡的橫向分辨率極限約為200nm，這對亞細胞結構和分子生物學(xué)研究還不夠精細。為了突破衍射極限，近年來(lái)涌現出了不少光學(xué)超分辨方法，如光激活定位法(PLAM)，隨機光學(xué)重構法(STORM)、受激發(fā)射損耗法(STED)等。但受限于單分子定位算法或點(diǎn)掃描成像方式，這幾種超分辨技術(shù)成像速度較慢，而且需要一些特殊染料標記樣品。另外一種方式就是使用結構光照明的顯微技術(shù)(SIM)，它使用特殊調制的光場(chǎng)照明樣品，通過(guò)空間頻譜處理的方式獲得超分辨圖像。由于它屬于寬場(chǎng)成像方式，因此成像速度很快。SIM技術(shù)目前只有美國、德國、英國、瑞士、日本等幾個(gè)國家掌握，我國在這方面的研究相對滯后。

　　作為明美光電的客戶(hù)，中科院西安光學(xué)精密機械研究所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室姚保利研究組長(cháng)期從事光學(xué)微操縱技術(shù)和光學(xué)超分辨成像等生物光子技術(shù)的研究工作(其中光鑷技術(shù)已產(chǎn)品化)。自2010年開(kāi)始SIM成像技術(shù)以來(lái)，在科技部重大科學(xué)研究計劃項目和國家自然科學(xué)基金項目支持下，開(kāi)展了深入細致的理論和實(shí)驗研究工作，掌握了其中的關(guān)鍵技術(shù)，并創(chuàng )新性地提出了與現有激光干涉照明SIM技術(shù)不同的方案(已申請國家發(fā)明專(zhuān)利)，首次提出并實(shí)現了基于數字微鏡器件(DMD)和LED照明的SIM技術(shù)。該技術(shù)與激光干涉照明SIM技術(shù)相比，具有更高的空間分辨率，更快的成像速度和更好的圖像質(zhì)量，而且大大降低了裝置的復雜性和成本。經(jīng)標定，系統的橫向分辨率達到了90nm，這也是目前國際上同類(lèi)技術(shù)的最好水平。

　　為了驗證該技術(shù)和樣機裝置在生物醫學(xué)上的實(shí)際應用效果，研究組與國內第四軍醫大學(xué)和德國康斯坦茨大學(xué)進(jìn)行了聯(lián)合實(shí)驗研究，利用該系統成功獲得了牛肺動(dòng)脈內皮細胞(BPAE)線(xiàn)粒體和小鼠腦神經(jīng)元細胞的超分辨圖像，并且還實(shí)現了小鼠腦神經(jīng)元細胞和植物花粉的三維光切片成像，其成像深度和成像速度比當前同類(lèi)切片顯微技術(shù)均提高了約十倍，這對深層生物樣品的大面積快速三維成像提供了一種新的技術(shù)手段。該研究成果發(fā)表在1月23日出版的Nature子刊Scientific Reports上，論文題為DMD-based LED-illumination Super-resolution and optical sectioning microscopy。

　　超分辨光學(xué)成像技術(shù)是目前國際上光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，本研究取得的成果使西安光機所在超分辨光學(xué)顯微成像技術(shù)方面躋身于世界前列。該技術(shù)通過(guò)與生物醫學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科的交叉合作，將大大提高我國在該領(lǐng)域的研究水平。同時(shí)該技術(shù)的成果轉化將改變我國在超分辨光學(xué)顯微鏡市場(chǎng)沒(méi)有自主知識產(chǎn)權高端科學(xué)儀器的局面。