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深圳大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像領(lǐng)域取得系列進(jìn)展
2026年01月06日 13:40:55
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：969
深圳大學(xué)屈軍樂教授團(tuán)隊(duì)在生物光學(xué)成像領(lǐng)域取得系列進(jìn)展。研究一：與清華大學(xué)合作，提出基于Transformer神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新方法，顯著提升雙光子顯微鏡在活體小鼠腦組織中的成像深度。研究二：提出Phasor-FSTM新方法，僅用單波長(zhǎng)激光即可實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞多色超分辨成像，并可持續(xù)觀測(cè)細(xì)胞器動(dòng)態(tài)超20分鐘。
近期，深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)光子學(xué)創(chuàng)新研究院屈軍樂教授團(tuán)隊(duì)在深層生物組織成像與活細(xì)胞多色超分辨成像技術(shù)方面取得兩項(xiàng)重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果已分別發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊。
一、 基于深度學(xué)習(xí)的深層組織成像去散射技術(shù)取得突破
屈軍樂教授團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)精儀系孔令杰教授團(tuán)隊(duì)合作，在深層生物組織成像方面提出新方法。該研究針對(duì)生物組織內(nèi)光散射嚴(yán)重制約成像深度與質(zhì)量的難題，開發(fā)了一種基于雙重注意力網(wǎng)絡(luò)(DA-net)的去散射新方法。
該方法主要利用模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，并通過引入動(dòng)態(tài)散射系數(shù)來更真實(shí)地模擬活體組織的復(fù)雜散射特性。研究表明，該方法無需增加額外光學(xué)硬件模塊，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)散射環(huán)境下獲取的雙光子熒光圖像的端到端去散射與恢復(fù)，從而顯著提升成像深度與圖像清晰度。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證顯示，該方法在離體脂滴樣本中的成像深度可達(dá)約1300微米。在活體小鼠腦部實(shí)驗(yàn)中，該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)腦血管結(jié)構(gòu)約950微米深度、對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞約500微米深度的高質(zhì)量成像。
該項(xiàng)研究成果以“Descattering and image restoration with a transformer-based neural network in deep tissue imaging”為題，于2025年10月21日在線發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院刊》(PNAS)。
二、 新型多色超分辨成像方法實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)程觀測(cè)
在超分辨成像技術(shù)方面，屈軍樂教授團(tuán)隊(duì)提出了一種名為“Phasor-FSTM”的新方法。該方法旨在解決多色標(biāo)記與超分辨成像整合時(shí)面臨的光譜串?dāng)_、光漂白、光毒性及技術(shù)復(fù)雜性等挑戰(zhàn)。
Phasor-FSTM方法通過時(shí)間分辨探測(cè)獲取光子的時(shí)空編碼信息，利用相量分析同步分離多種熒光壽命組分，并結(jié)合熒光時(shí)空調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)超分辨圖像重建。其技術(shù)特點(diǎn)在于，僅需單一波長(zhǎng)激光激發(fā)和單通道探測(cè)，便可在常規(guī)激光掃描共聚焦顯微鏡平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞的多色超分辨成像。
據(jù)論文報(bào)道，該方法成像分辨率可達(dá)約λ/5(λ為激發(fā)光波長(zhǎng))，并成功對(duì)活細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器動(dòng)態(tài)相互作用過程進(jìn)行了超過20分鐘的持續(xù)觀測(cè)。
該項(xiàng)研究成果以“Phasor-FSTM: a new paradigm for multicolor super-resolution imaging of living cells based on fluorescence modulation and lifetime multiplexing”為題，于2025年1月3日發(fā)表于《光：科學(xué)與應(yīng)用》(Light: Science & Applications)。
以上研究進(jìn)展為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域深入觀測(cè)活體深層組織微觀結(jié)構(gòu)和活細(xì)胞動(dòng)態(tài)過程提供了新的成像技術(shù)手段。
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