华中科技大学光电信息学院马冬林课题组在超分辨荧光显微成像领域取得重要进展

近日，光电信息学院马冬林教授课题组在高保真超分辨荧光显微成像领域取得重要进展。相关研究成果以 “High-fidelity image scanning microscopy via programmable line scanning with self-calibration”（基于可编程线扫描与自校准的高保真图像扫描显微镜）为题，发表于光学领域国际权威期刊、中科院一区 TOP 期刊*Photonics Research*（影响因子 7.1）。论文第一作者为学院 2023 级博士研究生褚文学，通讯作者为马冬林教授。

荧光显微成像技术是生命科学和生物医学研究的重要工具。与传统的单点扫描共聚焦显微镜相比，图像扫描显微镜（ISM）采用阵列探测器同时采集多点信号，显著提升了光子利用效率、降低了对准难度，已成为超分辨成像的重要发展方向。然而，传统 ISM 仍面临成像速度慢、分辨率各向异性以及重建保真度不足等技术瓶颈，制约了其在动态生物过程和弱荧光场景中的应用。

针对上述挑战，课题组创新性地提出并搭建了基于可编程线扫描与自校准的高保真图像扫描显微镜系统（HF-ISM），其核心创新体现在三个方面：其一，以数字微镜器件（DMD）为核心生成多路并行照明光束，通过 DMD 图案刷新实现 “无机械运动” 的扫描成像，彻底摆脱了对平移台、振镜及旋转柱面镜等机械部件的依赖，成像速度提升近一个数量级 —— 完成一次重建仅需 20 帧原始数据（正交两个方向各 10 帧），全帧 2048×2048 像素下总采集时间仅约 0.5 秒；其二，提出正交双向扫描与离散小波变换融合策略，有效消除单向线扫描固有的分辨率各向异性，实现各方向均匀的超分辨成像；其三，开发了自校准重建算法，通过狭缝参数的自动检测与优化、照明强度非均匀性校正及 Richardson-Lucy 反卷积去模糊，显著提升了全视场的重建保真度和定量成像一致性。

该研究为高速、高保真、亚衍射极限荧光成像提供了一套实用的技术方案，有望推动 ISM 类超分辨显微镜在活细胞动态监测、实时多色生物荧光成像等领域的进一步应用，对促进生命科学与生物医学成像技术发展具有重要意义。

该研究依托光电信息学院及武汉光电国家研究中心完成，并得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费及华中科技大学重大科技创新专项等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.601343

编辑：刘雪茹

来稿审核：李文龙

审核：万霞、范千

审定发布：詹健