近期，中國科學院上海光學精密機械研究所空天激光技術與系統部韓申生研究員、劉震濤副研究員團隊在多色超分辨結構光照明顯微鬼成像方面取得突破，為生命科學、材料科學等領域的研究提供了全新的工具與視角。相關研究成果以“Multicolor super-resolution structured illumination microscopy based on snapshot spectral ghost imaging via sparsity constraints”為題，發表于ACS Photonics。
超分辨多色熒光顯微在活細胞成像、醫療診斷等方面有重要的應用前景。結構光照明顯微鏡(SIM)因其采用寬場照明的方式更適合多色活細胞成像。但傳統的多色SIM成像需對各光譜通道圖像分時序采集，降低時間分辨率，或利用多相機同時采集會增加系統復雜度和成本。
針對上述難題，研究團隊開發了一種新型的多色結構光照明超分辨顯微技術，將結構光照明顯微鏡與快照式鬼成像光譜相機(GISC Spectral Camera)相結合，利用結構光照明和熒光信號的稀疏先驗來提高空間分辨率，利用鬼成像光譜相機的單次曝光多色成像優勢來提高時間分辨率。
實驗上搭建了一套結構光照明三色熒光顯微鬼成像裝置，實現了對熒光微球和熒光染色細胞的超分辨成像，空間分辨率超衍射限約2.65倍，多色成像的時間分辨率相比傳統結構光照明顯微鏡提高3倍。該技術成功應用于玉米莖細胞樣品的超分辨成像，清晰解析了相鄰細胞器的精細結構。其高效的多色單曝光的成像能力，有望對細胞器相互作用、藥物遞送等動態過程實現實時觀測。
“鬼”成像又稱雙光子成像或關聯成像，是一種利用雙光子復合探測恢復待測物體空間信息的一種新型成像技術。傳統的光學觀察是基于光場的強度的分布測量，關聯光學則基于光場的強度的關聯測量，并且現有的成像技術主要利用光場的一階關聯信息(強度與位相)，而經典“鬼”成像利用的光場的二階關聯被認為是一種強度波動的統計相關。簡而言之，“鬼”成像就是讓一臺高分辨率照相機為一個它本身并不能看到的物體成像。
下一步，研究團隊將繼續深耕基礎理論研究，探索更多可能性，爭取早日實現從實驗室到市場的轉化，推動該技術的推廣應用。
素材來源：中國科學院上海光學精密機械研究所
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