我科学家研发三角形光束干涉显微镜 突破活细胞观测时空极限

　　在生命科学探索微观世界的征途上，看清细胞内部瞬息万变、尺度极小的精细结构，是科学家们孜孜以求的目标 —— 这些极小尺度下的动态，如同生命活动的基础密码。如今，北京大学未来技术学院席鹏教授团队从自然界最稳定的三角形中获得灵感，研发出 “三角形光束干涉结构光照明显微镜”(简称 3I-SIM)，以 “三角形架构” 突破活细胞观测的时空极限，为超高清、高速成像打开崭新大门。相关成果日前发表于国际学术期刊《自然・光子学》。

　　突破传统局限：从 “缓慢拼图” 到 “一步到位”

　　传统的结构光照明显微镜(2D-SIM)虽能突破光学衍射极限，但存在明显短板：它通过一束光形成明暗条纹照射样本，每次仅能提升一个方向的分辨率，需旋转条纹至 3 个角度分别拍摄，再拼合图像。“这个过程不仅耗时，多次强光照射还会损伤脆弱的活细胞，加速荧光信号衰减(光漂白)，难以长时间观察高速生命活动。” 席鹏解释道。

　　席鹏团队从三角形的简洁高效与结构稳定性中汲取智慧，彻底革新研究思路：采用三束激光进行三角干涉，一步到位在样本上形成二维六角晶格图案。这一设计意味着，单次曝光即可同时采集水平和垂直方向的高分辨率信息，重建一张超分辨图像仅需 7 帧原始图像，大幅缩短曝光时间，显著减轻光漂白影响。

　　技术创新：速度与质量的双重突破

　　为兼顾成像速度与质量，团队在技术细节上实现多重突破：

　　偏振光优化：摒弃常见的角向偏振光，创新性采用径向偏振策略，将对微小细节(高频信息)的捕捉能力提升至与传统 2D-SIM 相当的水平;

　　AI 算法赋能：自主研发 AI 重建算法，如同为系统装上强大的降噪 “滤镜”，显著增强干扰环境下提取清晰图像的稳健性;

　　超高速成像：消除图像重建时繁琐的图案方向匹配过程，系统能以最高每秒 1697 帧的速度进行单帧滚动重建，轻松捕捉以往难以追踪的高速生命动态。

　　实验验证：捕捉生命活动的 “微观高清纪录片”

　　3I-SIM 的威力在实验中得到充分验证：

　　对神经元生长锥这类极敏感、易被强光损伤的结构，实现长达 13 小时、连续拍摄超 10 万帧的超分辨成像，如同记录一部不间断的微观生命纪录片;

　　对细胞内转瞬即逝的微弱信号(如内质网附近肌动蛋白的瞬间活动)，展现出出色的高速捕捉能力;

　　切换至高速模式时，1697 帧 / 秒的拍摄能力可清晰定格内质网环状结构闭合过程中的微妙瞬时波动。

　　开源共享：降低科研门槛，推动全球协作

　　尤为可贵的是，团队将这项突破性技术同步开源，公开涵盖硬件设计、软件控制、重建算法及深度学习模型的完整资源包，并配套提供实验数据集。“开放共享的设计理念，让全球科研团队能以较低成本和门槛搭建与升级设备，轻松迈入新一代活细胞超分辨成像领域。” 席鹏表示。

　　从突破传统技术瓶颈到推动全球科研协作，3I-SIM 不仅为生命科学研究提供了 “利器”，更彰显了中国科学家在微观成像领域的引领性创新。