【北大成果】 一种双模态显微成像系统和方法
发布时间：2020-12-07 来源:北大科技成果
P1项目简介
荧光显微成像是分子生物学研究的主要手段，然而由于激发光的高光子通量和光毒性，成像总次数受限，因而目前还未能全面揭露细胞内部细胞器的相互作用及动态过程。活细胞的高分辨长时程成像目前仍然是生物学研究中的巨大挑战，由于轴向扫描速度的限制，三维荧光成像需要更大的激发光子通量，而光漂白效应则极大限制了三维成像的总时长。同时，由于荧光光谱较宽，成像过程中通道数目受限，荧光成像一般仅能同时标记有限种类的分子。而电镜等辅助成像手段虽可观察多种细胞器，但仅能提供静态快照作为辅助。光学衍射层析显微成像具有光通量低，光毒性小的特点，可有效解决荧光成像遇到的问题。光学衍射层析成像系统中，先前的工作缺少荧光成像作为辅助，衍射层析图像中的多数结构缺乏标定，仅能进行形态学分析。传统光学衍射层析成像中，也仅对脂滴、染色体和线粒体进行了结合宽场荧光成像的鉴别标定。北大研究团队提出一种结合光学衍射层析显微成像和结构光照明超分辨荧光成像的双模态显微成像方法，用超分辨荧光成像辅助光学衍射层析进行共定位成像。在双模态成像系统中，光学衍射层析成像具有优异的分辨能力，且无光毒性的限制，因而可以长时间、全面地记录细胞内各种细胞器间的三维相互作用动态；荧光成像模态可提供分子层面的化学特异性分辨能力，因此成为鉴别无标记成像模态成像结果的重要依据。利用光学衍射层析-结构光照明荧光双模态成像系统，可开展一系列的活细胞成像研究，并应用于病理诊断、药理分析、耐药性研究等。
P2应用范围
对细胞病理影像、光学芯片制备的精准表征和控制都有着重要意义，使得在高端光学芯片材料和器件制备、临床病人来源的活细胞中高效、快速和无标记的超分辨率成像不同细胞器成为可能。在材料科学前沿和生命科学应用中，具有重大的原创性意义，是对国产高端设备进步的重要贡献，并将在新材料、生命健康领域产生重要的社会效益。
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显微镜样机图
利用这一双模态成像系统，研究团队成功对活细胞内六种主要细胞器进行了共定位成像，并展示了其在研究细胞器相互作用中的独特优势。研究团队还观察到了一种新的中性酸碱度的低折射率囊泡结构，并通过长达小时量级的连续成像研究了其输运路径及组织细胞器相互作用的枢纽功能，确认了其为之前未能意识到其存在的囊泡结构，命名为“黑色液泡小体”。研究团队发展的这一双模态成像方法为全面三维的表征活细胞内细胞器相互作用及分子或信息的传递过程提供了一个有力工具。其有助于发现在单一成像模态中被忽略的结构或动态。由于低光毒性和无需特异标记的特点，这种成像方法未来将在生物学及医学中发挥重要作用。
项目团队着眼国际前沿，解决长久以来困扰科学家的一个技术难题，相关工作发表在Nature Biotechnology、Light等国际著名期刊上，同时在与高校研究所、药厂合作开展新药的研发工作，并已申请国内及国际专利。![]()
COS-7活细胞中六种主要细胞器光学衍射层析-荧光共定位图像
共同开发、技术许可、技术入股。
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