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三維成像顯微鏡可觀察活細胞

http://finance.sina.com   2020年06月30日 18:54   北京新浪網

  來源:科技日報

  據當地媒體日前報道,以色列理工大學成功開發出一種新型顯微鏡,能以超高分辨率展現活細胞的三維圖像,有望爲生物學研究帶來革命性變化。

  通常,生物學家利用顯微鏡呈現的細胞二維圖像觀察其內部情況,而細胞本身是三維結構,因此二維圖像無疑會丟失部分信息。

  迄今爲止,人們通過對研究樣本逐層掃描,然後用計算機合成三維圖形的方法來了解物體結構。但逐層掃描過程要求被掃描對象必須在整個過程保持靜止,該侷限性表明它不可能用於觀察活細胞。而標準光學顯微鏡由於存在透鏡衍射極限,也具有侷限性。

  以色列理工大學研究人員開發的超分辨率三維成像系統名爲DeepSTORM3D,它不僅能夠以10倍於標準光學顯微鏡的分辨率繪圖,而且還能繪製研究對象的動態三維圖像。

  DeepSTORM3D系統開發負責人約阿夫·肖特曼副教授說,通過波陣面成形的方法可以從二位圖像中獲取深度信息,該方法對相機獲得圖像中的每個分子的深度進行編碼。然而,其存在的問題是,如果附近有多個分子,它們的圖像會在相機成像中重疊,這將大大降低空間和時間分辨率,以至於有時無法對某些研究對象獲得有用的圖像。

  爲了解決這個問題,研究人員將目光轉向深度學習領域,開發一種能夠產生自行解決方案的人工神經網絡。將大量虛擬樣本輸入網絡對系統進行培訓後,神經網絡知道如何從現實的顯微鏡數據中產生超高分辨率的三維圖像。

  研究人員使用該系統能夠繪製細胞的能量產生者——線粒體的三維圖像,併爲活細胞中熒光標記端粒成像。肖特曼表示,這項以超高分辨率繪製活細胞中生物學過程的新技術,將幫助人們擴展生物學研究的深度。

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