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微小动物高分辨率快速三维成像研究获进展

微小动物高分辨率快速三维成像研究获进展

  对生物结构在不同尺度、不同维度和不同部位的观察与形态分析,为科学研究提供了最直接的证据,在众多学科领域扮演着不可或缺的角色。目前生物结构的二维形态观察手段已非常成熟,但三维成像技术手段却明显滞后且应用范围不广。目前已有的三维成像技术无法同时解决复杂突变样本的形态信息缺失、成像速度慢、真实纹理难以还原等问题。

  近日,中国科学院动物研究所杨星科研究组与中国科学院西安光学精密机械研究所姚保利、雷铭研究组合作,共同提出一种基于结构照明显微术(Structured Illumination Microscopy,SIM)的针对微小动物的三维层析成像方法。该方法的原型是由姚保利、雷铭研究组于2013年北京时时彩 研发的D-SIM技术(Scientific Reports,2013),它使用高速数字微镜器件(DMD)和高亮度LED光源来产生结构光场,既可以实现超分辨成像也可以用于三维层析成像。与传统的三维光学成像技术相比,D-SIM不仅具有更高的空间分辨率、更短的成像时间(一般只需要几十秒到几分钟)和更好的成像质量,并且大幅降低了装置的复杂性和成本。在三维层析模式下,该技术原本主要针对亚毫米量级的样本进行观察,然而很多生物样本的尺寸为厘米量级甚至更大尺寸。为了解决这个问题,经过双方的通力合作,提出了一个专门针对微小动物快速三维成像的解决方案。以六种不同门类为代表的无脊椎动物为样本,通过与CLSM、Micro-CT、FIB-SEM、MRI等当今流行的三维成像技术进行对比,发现D-SIM在微小动物精微三维结构成像质量、成像速度、样本制备方法上要优于这些技术,在与传统光学显微镜的兼容性以及设备成本上也存在巨大的优势,有望成为普通实验室的常用成像设备。

  该研究成果于2016年6月正式发表在Frontiers in Zoology 杂志上。文章第一作者为动物所博士阮用颖,西安光机所博士但旦为共同第一作者,动物所博士北京时时彩白明和研究员杨星科为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和中科院科研装备研制项目的支持。

  论文信息:Ruan, Y.Y.#, Dan, D.#, Zhang, M.N., Bai, M.*, Lei, M., Yao, B.L., and Yang, X.K.* (2016). Visualization of the 3D structures of small organisms via LED-SIM. Frontiers in Zoology 13:26, 1-10.

    文章链接

 

结构照明三维层析成像系统光路图 

 

成像结果(a寄生蜂,b线虫,c螨) 




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