近日，我院醫學光子學創新研究院碩士生朱雪鋼同學在Nature Index期刊Nano Letters（影響因子：9.6）上發表了題為“Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference”的研究論文。該研究提出了一種基于熒光強度比率權重的編碼差分技術，可以將普通共聚焦顯微鏡的成像分辨率提升四倍，橫向分辨率最高可達71.2nm。朱雪鋼碩士生為論文第二作者（導師第一作者），王璐瑋助理教授為論文的通訊作者，深圳大學為第一完成單位和通訊作者單位。

遠場光學顯微鏡是揭示生物分子結構與動態的重要工具，但受限于光學衍射極限。該研究創新性地提出了熒光強度比率編碼與差分（FIRED）超分辨成像技術。該方法基于傳統共聚焦系統，僅需簡單升級增加環形光路，利用相同波長的高斯光束與環形光束分別激發樣本，獲取兩幅圖像。通過對圖像像素強度進行特定比率運算生成權重矩陣，并應用于原始圖像進行編碼，再結合差分處理，有效突破衍射極限（圖1）。

圖1 FIRED技術的實現流程圖和模擬結果

實驗結果表明，FIRED技術能將普通共聚焦顯微鏡的橫向分辨率提升約4倍（例如，熒光微球樣品中從298.0 nm提升至71.2 nm），圖像信背比（SBR）也顯著提高。該技術兼容普通熒光染料，所需激光功率密度極低（~1.72 kW/cm2，比STED低3-4個數量級），光毒性小，并保留了共聚焦的光學層切能力。FIRED技術在固定細胞和活細胞的多種細胞器（微管、核孔復合體、溶酶體、線粒體）中均得到驗證，展現出優異的通用性（圖2）。該技術操作簡便、硬件改動小、成本低、光損傷小的特點，為生物醫學和材料科學領域，特別是活細胞長時程、多結構的超分辨動態研究，提供了一個經濟高效且易普及的技術平臺。

圖2 不同細胞器的FIRED超分辨成像結果

該項研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金以及深圳市科技計劃等項目支持。

文章信息：

Junle Qu, Xuegang Zhu, Dongyi Liu, Qinglin Chen, Yue Chen, Xiaoyu Weng, Liwei Liu, and Luwei Wang*. Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference. Nano Letters, (2025).

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c02339