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膜生物學(xué)國家重點實驗聯(lián)合華中科技大學(xué)發(fā)明了一種超靈敏結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡-----海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡 （Hessian SIM)，實現(xiàn)了活細胞超快長時程超高分辨率成像，能辨清囊泡融合孔道和線粒體內(nèi)嵴動態(tài)。在每秒鐘得到188張超高分辨率圖像時，海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡的空間分辨率可以達到85納米，能夠分辨單根頭發(fā)的1/600到1/800大小結(jié)構(gòu)，而所需要的光照度小于常用的共聚焦顯微鏡光照度三個數(shù)量級。同時，該顯微鏡也實現(xiàn)了細胞“能量工廠”線粒體的超快超分辨成像，在活細胞中解析線粒體融合、分裂時內(nèi)嵴的活動，及線粒體內(nèi)嵴自身的重組裝過程，并能夠觀察內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體發(fā)生相互作用時的動態(tài)變化。
與獲得2014年Nobel化學(xué)獎的受激輻射損耗超高分辨率顯微鏡（STED）相比，其具有*的時間分辨率、極低的光毒性，在活細胞超高分辨率成像方面優(yōu)勢顯著。
海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡解析囊泡融合孔道形成全過程。上圖：實際的動態(tài)過程解析；下圖：由實驗結(jié)果得到的囊泡融合的四個中間態(tài)。
靈敏海森結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡的成功驗證，一方面基于新偏振旋轉(zhuǎn)玻片陣列、高精度的時序控制程序以及高數(shù)值孔徑物鏡等硬件的自主研制；另一方面是重構(gòu)算法的創(chuàng)新，提出將生物樣本在多維時空上連續(xù)，而噪聲是*隨機分布的先驗知識用于構(gòu)建海森矩陣，指導(dǎo)超高分辨率熒光圖像的重建。
超靈敏海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡適用于各種細胞、不同探針的熒光成像?？梢哉f，所有應(yīng)用點掃描共聚焦顯微鏡的場景都可以使用海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。
此項研究成果以題為“Fast, long-term, super-resolution imaging with Hessian structured illumination microscopy” 以全文形式于近日在線發(fā)表于Nature Biotechnology 上。
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