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火眼金睛！清華大學團隊研發(fā)新型超級顯微鏡

2024-09-14 16:39:27 來源：中國科技網(wǎng)

來源標題：火眼金睛!清華大學團隊研發(fā)新型超級顯微鏡

記者從清華大學獲悉：9月13日，清華大學自動化系教授、中國工程院院士戴瓊海團隊在國際頂尖期刊《細胞》(Cell)發(fā)表最新工作，宣布新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D問世。

該儀器具有跨空間和時間的多尺度成像能力，填補了當前國際范圍內(nèi)對哺乳動物介觀尺度活體三維觀測的空白，為揭示神經(jīng)、腫瘤、免疫新現(xiàn)象和新機理提供了新的“殺手锏”，使我國生命科學家、醫(yī)學家能夠率先使用我國自主高端儀器設備來解決重大基礎研究問題。

研究團隊介紹，在兼具厘米級三維視場與亞細胞分辨率的同時，該儀器能以20Hz的高速三維成像速度實現(xiàn)長達數(shù)十小時的連續(xù)低光毒性觀測。相比當前市場上最先進的商業(yè)化熒光顯微鏡，該儀器在同樣分辨率下的成像視場面積提升近百倍，三維成像速度提升數(shù)十倍，有效觀測時長提升上百倍。這一前所未有的跨空間和時間的多尺度成像能力，為復雜生物過程研究提供了全新視角。區(qū)別于傳統(tǒng)光學顯微鏡聚焦于單個細胞內(nèi)的物質(zhì)交互過程，該儀器使得研究人員可以首次以全景方式動態(tài)觀測哺乳動物器官尺度細胞精度的組織異質(zhì)性，在活體組織中原位研究大規(guī)模多樣化細胞在完整生理與病理過程中的動態(tài)交互行為。

目前，研究團隊利用RUSH3D系統(tǒng)在腦科學、免疫學、醫(yī)學與藥學等多學科產(chǎn)出一系列成果。例如，首次在活體小鼠上以單細胞分辨率實現(xiàn)了覆蓋大腦皮層2/3層的高速長時程三維觀測，捕捉了多感官刺激下皮層各腦區(qū)的各異性響應模式，能夠連續(xù)多天以單神經(jīng)元精度追蹤大規(guī)模神經(jīng)響應;首次觀測到急性腦損傷后多腦區(qū)的免疫反應，發(fā)現(xiàn)大量中性粒細胞從非血管區(qū)域往腦內(nèi)的遷移與回流過程;首次在小鼠免疫反應過程中同時觀測到了淋巴結內(nèi)多個生發(fā)中心的形成過程，以及T細胞在不同生發(fā)中心之間的遷移現(xiàn)象。

“這些初步實驗僅是RUSH3D應用的冰山一角，展示了其為神經(jīng)科學、免疫學、腫瘤學、藥學等領域前沿研究所帶來的廣闊應用前景。”研究團隊負責人表示，該儀器的研制與產(chǎn)業(yè)化填補了對復雜生命現(xiàn)象介觀尺度活體觀測的空白，標志著我國在活體介觀顯微成像領域持續(xù)引領國際發(fā)展，極大提升了我國高端科研儀器的研究和應用水平，為人類探索生命奧秘打開了新的維度。

成果的取得，離不開“十年磨一劍”的努力。

記者獲悉，戴瓊海團隊自2013年起率先開展介觀活體顯微成像領域研究，2018年成功研制出當時全球視場最大、數(shù)據(jù)通量最高的顯微儀器——高分辨光場智能成像顯微儀器RUSH。

此后6年間，戴瓊海院士帶領成像與智能技術實驗室，瞄準活體介觀顯微成像高峰，持續(xù)攻關國際前沿難題，先后提出掃描光場成像原理、數(shù)字自適應光學架構、虛擬掃描算法、共聚焦掃描光場架構、自監(jiān)督去噪算法等關鍵理論與技術，逐一解決了介觀活體顯微成像中一系列壁壘，為新一代介觀活體顯微儀器奠定了基礎。

目前，在成果轉(zhuǎn)化方面，團隊系列研究成果已支撐多家國內(nèi)高水平科研機構在腫瘤學、免疫學、腦科學等不同領域開展了20余項創(chuàng)新性生命科學研究，服務于生物制藥領域。

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