PRISM 技术打破了时空活细胞成像的光衍射极限
- 研究人员开发了一种新技术（棱镜），可以超越光的衍射进行观察。
- 它可以通过超分辨率空间和时间成像捕捉活细胞内部的特殊视图。
在过去的几十年里，我们一直在使用 PALM 和 STORM 等宽视场荧光成像方法来观察亚细胞结构。这些方法需要成百上千张长序列的原始图像。因此，增加空间分辨率会降低时间分辨率。
现在，洛桑联邦理工学院（瑞士洛桑的研究机构）的研究人员设计了一种系统，可以通过超分辨率空间和时间成像（空间和时间）捕获活细胞内部的特殊视图。
新的显微镜平台名为 PRISM（超分辨率显微镜相位检索仪器），可以超越光的衍射进行观察。它集成了 3 维显微镜和白光 3 维相位检索新技术。
它将荧光超分辨率和分子特异性的空间分辨率与高速灵敏的定量相位成像相结合，实现多模态4维成像。
4D 细胞显微镜如何工作？
研究人员使用傅立叶滤波从一系列白光图像中提取 3D 定量相位。然后他们通过 3D 部分相干图像形成解释了这种明场深度分辨相位成像。
他们通过从一大堆 z 位移强度中检索稳定细胞的高分辨率 3D 相位数据来展示他们的概念。他们开发了用于同时采集 8 个平面的 PRISM，它可以在 2.5*50*50 微米的体积内执行高速 3D 相位成像。 最后，他们利用相差显微镜和超分辨率光学波动成像 (SOFI) 进行 3D 细胞样本连续成像。
SOFI 支持活细胞 3D 成像，在多平面显微镜中每重建图像的时间分辨率接近一秒。此外，它还提供分子参数的定量评估，并可承受高标记密度。
参考文献：《自然光子学》| doi:10.1038/s41566-018-0109-4 |洛桑联邦理工学院
简而言之，PRISM 是当前宽视场显微镜平台的附加组件，可以简单快速地实现 3D 荧光超分辨率成像和 3D 定量相位。最重要的是，新系统提供了更好的机会来观察活细胞的时间生理学和复杂空间。
技术细节
使用 PRISM 技术观察细胞 |图片来源：T. Lasser / EPFL
该技术基于亥姆霍兹波动方程，嵌入维纳-欣钦定理的框架中。沿z轴解码相位数据的过程是通过计算前向弱散射干扰来完成的。
他们构建了一种有效的算法来从采集的体积强度堆栈中恢复 3D 相位数据。高检测数值孔径和白光柯勒照明提供活细胞的无散斑高分辨率和稳定的定量相位成像。 此外，模拟验证了350*560纳米的轴向分辨率。
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总体而言，该程序能够将传统的明场显微镜升级为简单、快速且可靠的3D相位显微镜，这应该能够满足生命科学和生物学领域大量研究和应用的期望。
工业技术