引述外媒報道，中國科學院發(fā)布消息，中國研究團隊開發(fā)了一種先進的成像技術(shù)，以前所未有的速度實現(xiàn)了超分辨率顯微鏡，并且圖像數(shù)量更少。新方法應該可以捕獲活細胞中以前無法達到的速度。
超分辨率技術(shù)（通常稱為納米技術(shù)）通過克服光的衍射極限來實現(xiàn)納米級分辨率。盡管納米顯微鏡可以捕獲細胞內(nèi)單個分子的圖像，但很難與活細胞一起使用，因為重建圖像需要成百上千的圖像 - 這個過程太慢，無法捕獲快速變化的動力學。
在由光學學會（OSA）出版的《高影響力研究》雜志 Optica 頁中，中科院上海光學精密機械研究所（SIOM）的研究人員描述了他們?nèi)绾问褂梅Q為“鬼影”的非常規(guī)成像方法提高納米顯微鏡的成像速度。他們的新技術(shù)使用比傳統(tǒng)納米技術(shù)少幾個數(shù)量級的圖像來產(chǎn)生納米分辨率。
研究小組共同負責人王忠陽說：“我們的成像方法可以潛在地探測亞細胞結(jié)構(gòu)中毫秒級尺度上發(fā)生的動力學，其空間分辨率為數(shù)十納米 - 發(fā)生生物過程的時空分辨率?！?/p>
結(jié)合技術(shù)以實現(xiàn)更快的成像
新方法基于隨機光學重建顯微鏡（STORM），這是 2014 年獲得諾貝爾化學獎的三位研究人員之一。STORM，有時也稱為光激活定位顯微鏡（PALM），是一種使用熒光的廣域技術(shù)在發(fā)光狀態(tài)（亮）和暗狀態(tài)（滅）之間切換的標簽。
采集成百上千個圖像，每個圖像捕獲在給定時間開啟的熒光標記的子集，可以確定每個分子的位置并用于重建熒光圖像。
研究人員轉(zhuǎn)向重影成像，以加快 STORM 成像過程。鬼影成像通過將與對象交互的光圖樣與不與之交互的參考圖樣相關(guān)聯(lián)來形成圖片。
單獨地，燈光圖案不會攜帶有關(guān)物體的任何有意義的信息。研究人員還使用了壓縮成像技術(shù)，這是一種計算方法，可以使用更少的曝光量重建圖像，因為它使用一種算法來填充丟失的信息。
“盡管 STORM 需要低密度的熒光標記和許多圖像幀，但是我們的方法可以使用很少的幀和高密度的熒光團來創(chuàng)建高分辨率圖像，”研究團隊的其他共同負責人之一韓申生說。“它也不需要任何復雜的照明，這有助于減少可能損害動態(tài)生物過程和活細胞的光致漂白和光毒性?！?/p>
提高成像效率
為了實施這項新技術(shù)，研究人員使用了一種稱為隨機相位調(diào)制器的光學組件，將樣品中的熒光轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機的斑點圖案。通過這種方式對熒光進行編碼，可以使非常快的 CMOS 相機的每個像素在單個幀中收集來自整個對象的光強度。
為了通過重影成像和壓縮成像形成圖像，將光強度與參考光圖案關(guān)聯(lián)起來只需一步即可。結(jié)果是更有效的圖像獲取，并減少了形成高分辨率圖像所需的幀數(shù)。
研究人員通過使用該技術(shù)對 60 納米環(huán)成像來測試了該技術(shù)。新的納米顯微鏡方法僅使用 10 張圖像即可解決環(huán)問題，而傳統(tǒng)的 STORM 方法可能需要多達 4000 幀才能達到相同的結(jié)果。新方法還解決了帶有 100 幅圖像的 40 納米標尺。
“我們希望這種方法可以用于各種熒光樣品，包括那些熒光強度比本研究中所用熒光弱的樣品?！?Wang 說。
研究人員還希望使該技術(shù)更快，以實現(xiàn)具有大視野的視頻速率成像，從而獲取 3D 和彩色圖像。
不得不說，從上個世紀中期一直到現(xiàn)在，芯片技術(shù)都是高科技領域的尖端技術(shù)，現(xiàn)在的一部智能手機都要用到幾十款芯片，不僅如此，芯片的集成度越來越高，制造難度越來越大，即使強大如英特爾，這么多年來也一直徘徊在 14nm 工藝，遲遲沒有大規(guī)模向 10nm 工藝轉(zhuǎn)型。
如果回想十年前，那個時候芯片的制造工藝可以一下子從 90nm 升級到 65nm，進而繼續(xù)保持大幅度升級到 45nm、22nm 等工藝，但是近年來，芯片的制造工藝升級幅度越來越小，例如從 22nm 之后就開始進入 16nm 工藝，再之后就是 14nm、12nm、11nm、10nm、8nm，現(xiàn)在最先進的是 7nm，所以我們看到似乎每向前前進 1nm 都變得異常艱難。
然而這次中科院科學家在芯片制造方面的重大突破，可以說為以后我們在芯片制造領域做好了技術(shù)支撐，而剩下的需要我們攻克的，也算是芯片領域的最后一段難關(guān)，就是芯片的制造設備，其中主要是光刻機，目前全球僅荷蘭的 ASML 可以提供最為先進的支持極紫外光刻技術(shù)的光刻機，相信我們的科學家未來一定可以為我們帶來驚喜，我們拭目以待，對此大家有什么看法呢？