超高分辨显微镜取得新突破!|宁波科创中心超分辨显微成像团队获得国家重点研发计划资助

发布者:zjnbxq发布时间:2022-01-05浏览次数:821

  研究病毒(如新冠与艾滋病病毒)入侵宿主细胞的动态过程、细胞内亚细胞器结构的动态互作及细胞核内基因的转录调控等对了解病毒感染和疾病发病机制、阻断性药物研发以及疫苗研究等均有重要意义。但病毒直径仅百纳米,其入侵宿主的过程及成熟病毒的组装与分泌过程发生迅速(几百毫秒),因而对显微成像仪器的视场、分辨率、光毒性等综合性能提出了很高的要求。但目前主流的超分辨显微技术如受激发射损耗(STED)、单分子定位(SMLM)和结构光照明(SIM)在分辨率、光毒性、视场等综合性能上依然存在各自的缺陷,难以满足生命科学领域的需求。


病毒-细胞空间尺度:百纳米-百微米


  2021年12月,浙江大学宁波科创中心(宁波校区)超分辨显微成像团队联合宁波永新光学股份有限公司申报的国家重点研发计划——超高分辨活细胞成像显微镜研究及应用,正式签订项目任务书,该项目对标国际同行最高水平(蔡司、尼康),旨在研发出国产化的,大视场、长时程、实时、超高分辨的多维动态纳米成像系统,为研究病毒(如新冠与艾滋病病毒)入侵宿主细胞的动态过程,了解病毒感染和疾病发病机制、研发阻断性药物以及疫苗研究等的提供有力工具,并进行产业化转化,以及开展生物医学制药等领域的应用示范等。项目总研发经费投入4600万元,实施周期4年。


超高分辨率活细胞成像显微镜系统结构图


  团队承担的“实时宽场移频超分辨显微技术研究”课题,属于整个项目的最核心任务,即SR-SIM超分辨成像照明模块。团队提出一种基于高速振镜结合电光移相的高速宽场移频显微成像技术,重点建立基于振镜结构的多光束精准调控策略,建立基于频谱平滑优化理论的去伪影算法,编制出基于GPU并行技术的实时超分辨图像重构软件,最终研制出超高速、高保真度实时宽场移频(SIM)超分辨显微系统,旨在实现一种分辨率 85nm、成像速度≥15 帧/秒(1024×1024 像素),低光毒性的宽场移频超分辨显微新技术,整体指标将赶超国际同行,实现与国际“并跑”能力。低光毒性的宽场移频超分辨显微新技术,为基因演化、传染病诊疗等科学前沿问题研究提供新方法、新手段。


  项目的实施,将进一步深化团队与宁波本地显微镜制造龙头企业的产学研合作,将帮助企业具备超高分辨显微镜的生产制备能力,同时形成系列复消色差物镜、多通道荧光滤光片等核心部件的批量生产能力,形成我国超分辨显微镜的核心部件与整机生产的产业化示范基地。助力宁波市“246”万千亿级产业集群发展,有望助力国内显微镜生产制造企业向高端制造领域跃进。项目的成功研发,将实现超分辨显微镜的进口替代能力,打破高端科研仪器“受制于人”的局面。


  浙江大学宁波科创中心(宁波校区)、浙江大学光电科学与工程学院和宁波永新光学股份有限公司三家单位,依托共建的浙江大学宁波研究院光电分院开展深度产学研合作模式,致力提升科技软实力,促进软硬实力有机结合,服务宁波市“246”产业中千亿光电大产业发展,曾共同为“嫦娥二、三、四号”人造卫星制造多款光学镜头,承担十三五国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”重点专项,并于2019年获国家技术发明二等奖。


嫦娥二号相机镜头 嫦娥三号降落照相镜头嫦娥四号降落照相镜头


  目前,分院下设的宁波先进光电技术创新公共服务示范平台与宁波永新光学股份有限公司合作成果显著,已开展围绕超分宽场移频显微系统、5G移动版数码显微互动系统、液体自动变焦镜头等多项技术攻关项目。其中“宽场移频超分辨显微镜(SIM)系统研发”获宁波市“科技创新2025”重大专项支持项目;“5G移动版数码显微互动系统”“液体变焦镜头”项目已成功实现产业化,新增企业销售近1000万元,并为永新光学提供后续产品优化及技术支持服务。


结构光照明超分辨显微系统

光切片显微系统


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