【通讯员：蔡仲夏】近日，304永利集团有限公司超分辨显微团队提出了一种面向厚样品超分辨成像的新型显微技术——稀疏扫描结构光显微(SS-SIM)技术。该工作以“Deep volumetric super-resolution imaging in thick biological specimens with sparse scanning SIM”为题，发表在国际顶尖期刊Advanced Science (中科院一区，IF:14.1)上。304永利集团有限公司为论文第一单位，304永利集团有限公司青年教师安莎、博士研究生郭栩宏和蔡仲夏为本文共同第一作者。
结构光照明显微技术(Structured Illumination Microscopy, SIM)是一种应用广泛的超分辨荧光显微技术。该方法利用条纹结构光照明样品，将样品的高频分量调制到显微镜可探测的频带内，结合多相位图像采集与后处理算法重构，最终获得突破光学衍射极限的超分辨图像。与其他超分辨显微方法相比，SIM具有成像速度快、光毒性低、无需特殊荧光标记等优势，广泛应用于生物医学、材料化学等领域。然而，传统SIM显微技术采用宽场结构光照明样品，其成像深度被局限在 20 μm左右。该团队提出了一种面向厚样品超分辨成像的稀疏扫描结构光照明显微技术(Sparse Scanning SIM, 简称SS-SIM)。与传统SIM(通过两光束干涉生成周期约为0.2 μm结构光条纹)不同，SS-SIM 通过共振扫描聚焦光斑并同时进行光强调制，产生间隔为 2.4 μm 的稀疏条纹以照明样品。相较于传统SIM的宽场结构光，SS-SIM通过扫描聚焦光斑形成的结构光具有更大的穿透深度，其大周期稀疏结构光极大地降低了样品散射对条纹对比度的影响，在样品深处可以保持较高对比度。此外，利用共振扫描代替线性扫描，显著提高了结构光产生和图像采集速度。 最终，SS-SIM在0~ 600 µm 的深度范围内，实现了帧频为1.5 帧/秒、空间分辨率为150 nm的三维超分辨成像。相较传统SIM，其成像深度提升了一个数量级。
图1 SS-SIM光路及原理示意图
图2 SS-SIM与传统SIM在210 μm琼脂荧光微球三维成像结果上的对比
上图展示了SS-SIM与传统SIM对琼脂中荧光微球的三维成像结果对比。对图中荧光微球的横向和纵向宽度进行统计分析，结果表明：相较于传统宽场显微技术，SS-SIM横向分辨率稳定提升了1.6 倍，轴向分辨率提升了约 1.7 倍，其信背比(SBR)更是实现了 8.6 倍增强。
图3 SS-SIM对180μm厚小鼠脑组织的三维成像结果
上图展示了利用SS-SIM对表达Thy1-EGFP荧光蛋白的小鼠脑组织的三维成像结果。图3(b)清晰展现了小鼠脑组织中神经元胞体、轴突和树突等复杂神经网络结构。图3(c)和(d)放大展示了图3(b)中黄色虚线指示的位置对应的xy 横截面。通过对图3 (e)和图3 (f)中强度曲线拟合表明该处树突和细胞体的半高全宽分别为 0.54 ± 0.02 μm 和 2.19 ± 0.11 μm 。以上应用表明SS-SIM在脑科学等深层组织大深度，超分辨三维成像领域具有巨大潜力。
团队介绍：304永利集团有限公司超分辨显微团队紧跟国家“科学仪器国产化”战略导向，聚焦超分辨荧光显微与定量相位显微技术研究。团队承担了国家重点研发、NSFC重点项目子课题等多项科研任务，在Nature Photonics、Adv. Opt. Photon.等学术期刊发表研究论文100余篇，授权发明专利20余项，并撰写《数字全息显微》学术专著1部。研究工作曾获陕西省自然科学二等奖、中国光学工程学会技术发明二等奖、陕西省科技工作者创新创业大赛一等奖等，并多次被选为期刊封面、美国光学学会-研究热点、被ScienceDaily, Physics News等海外媒体报道。团队目前由8名教职工和20余名硕博研究生组成，2024年获“全国样板党支部”，2025年获西电“三好三有”导学团队。培养的研究生中，4人获国家奖学金，6人获“中国电子集团-西电”奖学金，7人获陕西省研究生创新成果一等/二等奖，4人入围Light全国光学博士生学术竞赛全国百强。
图4 物理公司超分辨显微团队
论文信息：
An S, Guo X, Cai Z, Lei Y, Suo H, Kong X, Nienhaus G U, Gao P, Deep Volumetric Super‐Resolution Imaging in Thick Biological Specimens With Sparse Scanning SIM [J]. Advanced Science, 2026: e74516. https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.74516
