08,12,2026 1Ansichten
【GeräteForschungs- und EntwicklungsnachrichtenAm 12. August hat das Team von Professorin Zhao Wei Yi und anderen Mitarbeitern der Fachhochschule für Instrumentwissenschaften und Ingenieurwesen unserer Universität mit Professor Feng Jiandong der Universität von Zhejiang zusammengearbeitet, um bahnbrechende Fortschritte im Bereich der ultraauflösenden Mikrobildgebungstechnologie zu erzielen. Die Ergebnisse wurden unter dem Titel Luminescent-reaction-enabled super-resolution imaging in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Das Forschungsteam entwickelte eine neue Technologie der ultraauflösenden Bildgebung, die keine externe Lichtstimulation erfordert, und nutzte das Lichtsignal, das während der chemischen Reaktion erzeugt wird, als Bildlichtquelle, um ultraauflösende Informationen durch die in der chemischen Reaktion inhärenten Aufsteig- und Abfallmerkmale zu erhalten. Diese Methode durchbricht grundlegend die Grenzen von Lichttoxizität, Lichtschäden und Selbstfluoreszenz-Störungen, um eine kontinuierliche dynamische Lebewesen-Ultra-Resolution-Bildgebung mit Null-Hintergrund und über einen sehr langen Zeitraum zu erreichen und bietet neue wissenschaftliche Beobachtungsmittel für die Entwicklung und Wechselwirkung der subzellulären Struktur über Zeitskalen hinweg, sowie die Detektion von Spurmolekulen mit Ultra-Resolution.
Das Aufkommen der fluoreszierenden Ultra-Resolution-Bildgebungstechnik hat die Grenzen der herkömmlichen optischen Diffraktion überschritten und bietet wichtige Werkzeuge zur Analyse der inneren Zellstrukturen und dynamischen Lebensprozesse im Nanoskala. Die bestehenden ultraauflösenden Bildgebungsmethoden basieren jedoch auf dem technischen Rahmen der "Lichtquelle-Beleuchtung-Signalreaktion", die bei der Erreichung einer hohen räumlichen Auflösung zwangsläufig Probleme wie Lichttoxizität, Lichtbleichung und Hintergrundsignalstörungen einführt, was eine langfristige, hochzuverlässige und unterbrochene kontinuierliche Beobachtung der dynamischen Lebenszellen mit schweren Herausforderungen konfrontiert. Wie man das klassische Ultraauflösungsbildmodell durchbricht und eine biokompatiblere, kontinuierlichere und qualitativ hochwertigere Ultraauflösungsbeobachtung erreicht, ist zu einem wichtigen wissenschaftlichen Problem geworden, das dringend gelöst werden muss.
Als Antwort auf diese Frage hat das Team eine neue Methode vorgeschlagen, die auf Lumineszenz-Reaktion-ermöglichtes Super-Resolution-Bildgebung über Entropie-gewichtete Korrelation kombiniert mit Deconvolution (RIED) basiert. Im Gegensatz zur herkömmlichen Fluoreszenz-Ultra-Resolution-Technologie, die sich auf das Bildmodell der externen Lichtstimulierung stützt, verwendet RIED chemische Reaktionen, um die Zellinternstruktur spezifisch zu markieren, und entwickelt einen effizienten Informationsextraktion- und Rekonstruktionsalgorithmus basierend auf den Aufstiegseigenschaften der Photonen im chemischen Reaktionsprozess und den Gesetzen der Informationsentropie-Verteilung, wodurch das erste chemisch-luminositätsspezifische Ultra-Resolution-Bildgebung der Welt erreicht wird. Darüber hinaus hat RIED die Grenzen der Fototoxizität und der Selbstfluoreszenz-Interferenz in der herkömmlichen Fluoreszenz-Bildgebung durchbrochen und eine dreidimensionale hyperresolutive subzelluläre Strukturnetzwerk-Bildgebung mit nahezu nullem Hintergrund erreicht. Das Forschungsteam baute weiterhin ein multimodales, effizientes Reaktions-Lumineszenzsystem auf, das elektrochemische Lumineszenz (ECL), chemische Lumineszenz (CL) und Biolumineszenz (BL) umfasst, um die Vorteile verschiedener Reaktionssysteme entsprechend den unterschiedlichen Bildanforderungen zu nutzen, um eine Vielzahl von Szenarien zu realisieren, die von der Detektion hochempfindlicher Moleküle bis zur kontinuierlichen dynamischen Beobachtung lebender Zellen reichen, was neue Durchbruchsmöglichkeiten für die Forschung in den Lebenswissenschaften bietet.
Das Forscherteam wandte RIED auf die dynamische Bildgebung von lebenden Zellen-Mitochondrien an und erzielte eine bleichfreie, stabile und hochauflösende Bildgebung mit einer räumlichen Auflösung von 100 Nanometern für mehr als 41 Stunden, beobachtete vollständig die langfristige Bewegung und Migration von Mitochondrien innerhalb der Zelle und quantitativ analysierte die dynamischen Merkmale der Mitochondrienmigration auf einer einzelnen Mitochondrienebene, was ein wichtiges technisches Mittel zur Aufdeckung der Gesetze der dynamischen Veränderungen der Mitochondrien auf einer langen Zeitskala ist. Gleichzeitig bietet RIED neue Bildgebungswerkzeuge für die kontinuierliche dynamische Beobachtung des Verhaltens und der Evolution von Organen und Molekülen in komplexen Lebensprozessen ohne externe Lichtstörungen.
Prof. Zhao Weiyue und Prof. Feng Jiandong sind die gemeinsamen Kommunikationsautoren der Dissertation, Zhu Wenxin, der Postdoktorand der Zhejiang University, Zhang Relak, der Doktorand und Gui Jiahui, der Doktorand der Institut für Instrumente unserer Universität, sind die gemeinsamen ersten Autoren der Dissertation. Zu den Co-Autoren der Dissertation gehören auch der Associate Research Fellow von Curie Ying und der Doktorandstudent Han Zhen Qiam.
Diese Arbeit wurde durch den Nationalen Naturwissenschaftlichen Fonds, das nationale Forschungs- und Entwicklungsprogramm und das Studioprojekt für junge Wissenschaftler unserer Universität finanziert.
