华沙大学 固定细胞样本中微管的图像
用量子点标记的固定3T3细胞中微管的3微米×3微米共聚焦扫描，以两种方式进行分析
左上:图像扫描显微镜(ISM)，右下:傅里叶重加权后的超分辨率光学波动图像扫描显微镜(SOFISM)
(资料来源:UW物理，A
Makowski)
学分:UW物理，A
斯基 华沙大学物理系和魏茨曼科学研究所的波兰-以色列团队在荧光显微镜方面取得了另一项重大成就
在Optica杂志的页面上，研究小组展示了一种新的显微镜方法，理论上，这种方法没有分辨率限制
在实践中，该团队设法证明了衍射极限的四倍改进
生物科学和医学的持续发展要求能够检查越来越小的物体
例如，科学家需要研究细胞中蛋白质的结构和相互关系
与此同时，被观察的样品不应与生物有机体中天然存在的结构有所不同，这就排除了使用侵蚀性程序和试剂
尽管经典光学显微镜彻底改变了自然科学，但它在今天显然是不够的
由于光的波状性质，光学显微镜不允许成像小于约250纳米的结构
结果，不能分辨出彼此距离小于一半光波长(绿光波长约为250纳米)的物体
这种现象被称为衍射极限，是科学家长期以来试图克服的观察最小生物结构的主要障碍之一
电子显微镜提供了几个数量级的更好的分辨率，但只允许检查无生命的物体，这些物体必须放在真空中并受到电子束的轰击
由于这个原因，电子显微镜不能用于研究活的生物体和它们发生的自然过程
这就是荧光显微术介入的地方，因此超分辨率荧光显微术作为物理科学的一个领域得到了迅速发展，并在2008年和2014年获得了两项相关研究的诺贝尔奖
现在有几种荧光显微镜技术可用，其中一些已经广泛应用于生物成像
有些方法，如掌上电脑、风暴显微镜或STED显微镜，具有超高分辨率的特点，可以识别相距仅十几纳米的物体
然而，这些技术需要长的暴露时间和复杂的生物样品制备程序
其他技术，如扫描电镜或原子力显微镜，也很容易使用，但分辨率提高非常有限，只能识别衍射极限一半大小的结构
亚历山大·斯罗德、阿德里安·马考斯基和博士
华沙大学物理系量子光学实验室的拉德克·拉普凯维奇博士
罗恩·坦纳、尤里·罗斯曼、古尔·鲁宾和教授
以色列魏茨曼科学研究所的丹·奥伦介绍了一种新的超分辨率显微镜技术，称为超分辨率光学波动图像扫描显微镜
在固体荧光显微镜中，荧光标记物发射强度的自然波动被用来进一步提高图像扫描显微镜的空间分辨率
ISM是一种新兴的超分辨率方法，已经在商业产品中得到应用，并被证明对生物成像领域很有价值
很大程度上，因为它实现了横向分辨率(x2)的适度提高，对光学设置的改变很少，并且没有长曝光时间的常见障碍
因此，它能够自然扩展标准共焦显微镜的功能
ISM使用共焦显微镜，用一个探测器阵列代替单个探测器
在自组织特征模型中，计算由多个检测器检测到的强度的相关性
原则上，n阶相关性的测量可以导致相对于衍射极限的2n倍分辨率提高
实际上，高阶相关可达到的分辨率受到测量信噪比的限制
“SOFISM是易用性和分辨率之间的折衷
我们相信，我们的方法将填补复杂、难以使用的高分辨率技术和易于使用的低分辨率方法之间的空白
固体氧化物燃料电池没有理论分辨率极限，在我们的文章中，我们展示了比衍射极限好四倍的结果
我们还表明，自组织特征成像方法在三维生物结构成像方面有很大的潜力
Radek Lapkiewicz
至关重要的是，从技术方面来说，自聚焦显微镜是非常容易接近的，因为它只需要对广泛使用的共焦显微镜进行一个小的修改——用空间光探测器阵列代替它的光电倍增管
此外，需要稍微增加测量时间并改变数据处理程序
“直到最近，SPAD阵列探测器价格昂贵，其规格不足以满足基于相关性的显微镜检查
这种情况最近有所改变
去年推出的新型空间碎片探测器消除了技术和价格方面的障碍
这使我们认为荧光显微镜技术，如固体荧光显微镜，可能在几年后，在显微镜检查领域得到广泛应用
Lapkiewicz
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