快速超分辨显微镜可实现结构化照明和扩展深度检测

荧光显微镜是生物学中一种强大的工具，它使研究人员能够在分子水平上观察细胞和组织的复杂世界。虽然这项技术彻底改变了我们对生物过程的理解，但对大型复杂 3D 结构(如胚胎或类器官)进行成像仍然是一项挑战。在使用结构化照明显微镜 (SIM) 研究超出光学分辨率极限的复杂细节时尤其如此。

SIM 使用结构化照明下获取的多幅图像来重建超分辨率图像，超越了传统显微镜的衍射极限。但是，SIM 需要为 3D 体积的每个切片获取多幅图像，这会导致采集时间过长，并且会增加活体样本的光照。

为了克服这些限制，法国艾克斯马赛大学菲涅尔研究所与法国图卢兹大学综合生物学中心合作开发了一种新型显微镜，称为扩展景深随机照明显微镜 (EDF-RIM)。这种创新方法将超分辨率显微镜的优点与扩展景深检测方案相结合，允许在单个图像中捕获整个体积。这项研究发表在《光：科学与应用》杂志上。

EDF-RIM 建立在随机照明显微镜 (RIM) 的基础上，这是一种利用随机散斑图案进行照明的超分辨率技术。这些图案在统计上对散射或像差不敏感。RIM 使用在不同散斑图案下拍摄的多张图像，通过分析图像方差的数值算法生成超分辨率图像。这种独特的方法使 RIM 特别适合 3D 成像。

EDF-RIM 通过整合扩展景深 (EDF)检测系统解决了每片需要多张图像的限制。该系统快速扫描焦平面，有效地将整个 3D 体积投影到单个图像上。这大大减少了图像采集所需的时间，并显著减少了曝光量。

EDF-RIM 系统已被证明比传统的 EDF 显微镜具有显著优势，包括对比度提高和分辨率提高两倍。然而，EDF-RIM 的投影特性意味着轴向信息会丢失。

对于荧光分布在曲面上的样本(如果蝇上皮)，研究人员开发了一种估算表面形貌的方法。这可以重建横向超分辨 3D 图像，并准确呈现物体的形状。

EDF-RIM 代表了荧光显微镜的重大进步，为大型复杂 3D 结构成像提供了一种更高效、更强大的方法。这项技术对于推进我们对生物过程的理解具有巨大的潜力，特别是在速度、分辨率和最小光照是关键因素的领域。