引述外媒報(bào)道，中國(guó)科學(xué)院發(fā)布消息，中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種先進(jìn)的成像技術(shù)，以前所未有的速度實(shí)現(xiàn)了超分辨率顯微鏡，并且圖像數(shù)量更少。新方法應(yīng)該可以捕獲活細(xì)胞中以前無(wú)法達(dá)到的速度。
超分辨率技術(shù)（通常稱為納米技術(shù)）通過(guò)克服光的衍射極限來(lái)實(shí)現(xiàn)納米級(jí)分辨率。盡管納米顯微鏡可以捕獲細(xì)胞內(nèi)單個(gè)分子的圖像，但很難與活細(xì)胞一起使用，因?yàn)橹亟▓D像需要成百上千的圖像 - 這個(gè)過(guò)程太慢，無(wú)法捕獲快速變化的動(dòng)力學(xué)。
在由光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）出版的《高影響力研究》雜志 Optica 頁(yè)中，中科院上海光學(xué)精密機(jī)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(gè)數(shù)量級(jí)的圖像來(lái)產(chǎn)生納米分辨率。
研究小組共同負(fù)責(zé)人王忠陽(yáng)說(shuō)：“我們的成像方法可以潛在地探測(cè)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中毫秒級(jí)尺度上發(fā)生的動(dòng)力學(xué)，其空間分辨率為數(shù)十納米 - 發(fā)生生物過(guò)程的時(shí)空分辨率。”
結(jié)合技術(shù)以實(shí)現(xiàn)更快的成像
新方法基于隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡（STORM），這是 2014 年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的三位研究人員之一。STORM，有時(shí)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(biāo)簽。
采集成百上千個(gè)圖像，每個(gè)圖像捕獲在給定時(shí)間開(kāi)啟的熒光標(biāo)記的子集，可以確定每個(gè)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(guò)程。鬼影成像通過(guò)將與對(duì)象交互的光圖樣與不與之交互的參考圖樣相關(guān)聯(lián)來(lái)形成圖片。
單獨(dú)地，燈光圖案不會(huì)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(jì)算方法，可以使用更少的曝光量重建圖像，因?yàn)樗褂靡环N算法來(lái)填充丟失的信息。
“盡管 STORM 需要低密度的熒光標(biāo)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(tuán)來(lái)創(chuàng)建高分辨率圖像，”研究團(tuán)隊(duì)的其他共同負(fù)責(zé)人之一韓申生說(shuō)?！八膊恍枰魏螐?fù)雜的照明，這有助于減少可能損害動(dòng)態(tài)生物過(guò)程和活細(xì)胞的光致漂白和光毒性?！?/p>
提高成像效率
為了實(shí)施這項(xiàng)新技術(shù)，研究人員使用了一種稱為隨機(jī)相位調(diào)制器的光學(xué)組件，將樣品中的熒光轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)的斑點(diǎn)圖案。通過(guò)這種方式對(duì)熒光進(jìn)行編碼，可以使非常快的 CMOS 相機(jī)的每個(gè)像素在單個(gè)幀中收集來(lái)自整個(gè)對(duì)象的光強(qiáng)度。
為了通過(guò)重影成像和壓縮成像形成圖像，將光強(qiáng)度與參考光圖案關(guān)聯(lián)起來(lái)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(guò)使用該技術(shù)對(duì) 60 納米環(huán)成像來(lái)測(cè)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(wèn)題，而傳統(tǒng)的 STORM 方法可能需要多達(dá) 4000 幀才能達(dá)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(biāo)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(qiáng)度比本研究中所用熒光弱的樣品?！?Wang 說(shuō)。
研究人員還希望使該技術(shù)更快，以實(shí)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(shuō)，從上個(gè)世紀(jì)中期一直到現(xiàn)在，芯片技術(shù)都是高科技領(lǐng)域的尖端技術(shù)，現(xiàn)在的一部智能手機(jī)都要用到幾十款芯片，不僅如此，芯片的集成度越來(lái)越高，制造難度越來(lái)越大，即使強(qiáng)大如英特爾，這么多年來(lái)也一直徘徊在 14nm 工藝，遲遲沒(méi)有大規(guī)模向 10nm 工藝轉(zhuǎn)型。
如果回想十年前，那個(gè)時(shí)候芯片的制造工藝可以一下子從 90nm 升級(jí)到 65nm，進(jìn)而繼續(xù)保持大幅度升級(jí)到 45nm、22nm 等工藝，但是近年來(lái)，芯片的制造工藝升級(jí)幅度越來(lái)越小，例如從 22nm 之后就開(kāi)始進(jìn)入 16nm 工藝，再之后就是 14nm、12nm、11nm、10nm、8nm，現(xiàn)在最先進(jìn)的是 7nm，所以我們看到似乎每向前前進(jìn) 1nm 都變得異常艱難。
然而這次中科院科學(xué)家在芯片制造方面的重大突破，可以說(shuō)為以后我們?cè)谛酒圃祛I(lǐng)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(lǐng)域的最后一段難關(guān)，就是芯片的制造設(shè)備，其中主要是光刻機(jī)，目前全球僅荷蘭的 ASML 可以提供最為先進(jìn)的支持極紫外光刻技術(shù)的光刻機(jī)，相信我們的科學(xué)家未來(lái)一定可以為我們帶來(lái)驚喜，我們拭目以待，對(duì)此大家有什么看法呢？