微小動物超分辨率快速三維成像研究獲進展

　　對生物結(jié)構(gòu)在不同尺度、不同維度和不同部位的觀察與形態(tài)分析，為科學研究提供了最直接的證據(jù)，在眾多學科領(lǐng)域扮演著不可或缺的角色。目前生物結(jié)構(gòu)的二維形態(tài)觀察手段已非常成熟，但三維成像技術(shù)手段卻明顯滯后且應用范圍不廣。目前已有的三維成像技術(shù)無法同時解決復雜突變樣本的形態(tài)信息缺失、成像速度慢、真實紋理難以還原等問題。

　　近日，中國科學院動物研究所楊星科研究組與中國科學院西安光學精密機械研究所姚保利、雷銘研究組合作，共同提出一種基于結(jié)構(gòu)照明顯微術(shù)（Structured Illumination Microscopy，SIM）的針對微小動物的三維層析成像方法。該方法的原型是由姚保利、雷銘研究組于2013年研發(fā)的D-SIM技術(shù)（Scientific Reports，2013），它使用高速數(shù)字微鏡器件（DMD）和高亮度LED光源來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光場，既可以實現(xiàn)超分辨成像也可以用于三維層析成像。與傳統(tǒng)的三維光學成像技術(shù)相比，D-SIM不僅具有更高的空間分辨率、更短的成像時間（一般只需要幾十秒到幾分鐘）和更好的成像質(zhì)量，并且大幅降低了裝置的復雜性和成本。在三維層析模式下，該技術(shù)原本主要針對亞毫米量級的樣本進行觀察，然而很多生物樣本的尺寸為厘米量級甚至更大尺寸。為了解決這個問題，經(jīng)過雙方的通力合作，提出了一個專門針對微小動物快速三維成像的解決方案。以六種不同門類為代表的無脊椎動物為樣本，通過與CLSM、Micro-CT、FIB-SEM、MRI等當今流行的三維成像技術(shù)進行對比，發(fā)現(xiàn)D-SIM在微小動物精微三維結(jié)構(gòu)成像質(zhì)量、成像速度、樣本制備方法上要優(yōu)于這些技術(shù)，在與傳統(tǒng)光學顯微鏡的兼容性以及設(shè)備成本上也存在巨大的優(yōu)勢，有望成為普通實驗室的常用成像設(shè)備。

　　該研究成果于2016年6月正式發(fā)表在Frontiers in Zoology 雜志上。文章第一作者為動物所博士阮用穎，西安光機所博士但旦為共同第一作者，動物所博士白明和研究員楊星科為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金和中科院科研裝備研制項目的支持。

　　論文信息：Ruan, Y.Y.#, Dan, D.#, Zhang, M.N., Bai, M.*, Lei, M., Yao, B.L., and Yang, X.K.* (2016). Visualization of the 3D structures of small organisms via LED-SIM. Frontiers in Zoology 13：26, 1-10.