科创中国
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结构光照明超分辨和三维显微成像技术
发布时间: 2024-11-07
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
发明专利
行业领域：
高新技术改造传统产业,先进制造技术
成果介绍
结构光照明超分辨和三维显微成像技术是中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室历经十余年研发的创新技术。该技术通过基于数字微镜器件（DMD）调制光场和LED照明的结构光照明显微技术（D-SIM），实现了分辨率达到90nm的国际领先水平，且三维成像速度比传统单点激光共聚焦显微技术提高10倍，同时实现了全彩色快速三维显微成像。 该技术采用余弦分布的结构化条纹光场照明样本，将成像物镜无法直接探测的高频信号向下调制到可探测区域，再利用复杂的后处理算法提取目标高频信号，从而获得超分辨图像。该技术的优势在于成像速度快、光毒性小、无需特殊荧光标记，在生命科学领域尤其是活细胞成像中具有广泛应用前景。 此外，针对结构光照明超分辨显微镜（SIM）成像中易产生伪影的问题，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所的研究团队开发了一种基于点扩散函数工程（PSF engineering）的高保真SIM重建算法，有效提高了SIM成像的保真度和易用性。该算法能够处理不同质量的原始数据，获得具有极少伪影和良好光学层切的高质量超分辨图像。 结构光照明超分辨和三维显微成像技术已被多家科研单位应用，在细胞生
成果亮点
首先，该技术显著提升了光学显微成像的分辨率。通过特殊设计的结构光照明，将原本无法被传统显微镜捕捉的高频信息调制到可探测范围，再结合复杂的图像处理算法，成功实现了超分辨成像，分辨率高达90nm，达到了国际同类技术的最优水平。
其次，该技术显著提高了三维成像速度。相较于传统的单点激光共聚焦显微技术，结构光照明超分辨技术的三维成像速度提高了10倍，实现了快速、高效的三维成像，为生命科学等领域的动态观测提供了有力支持。
此外，该技术还实现了全彩色三维显微成像。通过结合先进的LED照明技术和图像处理算法，该技术能够呈现出样本的真实色彩，为科研人员提供了更为直观、准确的图像信息，有助于他们更深入地理解样本的微观结构和功能。
最后，该技术具有广泛的应用前景。它不仅适用于生命科学领域的细胞成像、神经生物学研究等，还可应用于材料科学、纳米技术等领域的微观结构观测和分析，为科研创新提供了强有力的技术支持。
团队介绍
该团队由中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室的核心科研人员组成。他们经过长期的基础研究和技术攻关，成功研发出基于数字微镜器件（DMD）调制光场和LED照明的结构光照明显微技术（D-SIM），在光学显微成像领域取得了重大突破。
团队成员包括多位在光学成像、图像处理、生物医学等领域具有深厚学术背景的专家。他们不仅具备扎实的理论基础，还拥有丰富的实践经验，致力于将前沿的科研成果转化为实际应用。
在团队负责人和核心成员的带领下，该团队已经取得了多项创新成果，包括高分辨率、快速成像、全彩色成像等关键技术突破。这些成果不仅提升了光学显微成像的技术水平，还为生命科学、材料科学等领域的科研探索提供了强有力的支持。
成果资料
产业化落地方案
成果综合评价报告
评价单位：“科创中国”智能动力与控制高新技术产业科技服务团 (中国力学学会) 评价时间：2025-01-08
虞 钢
中国科学院力学研究所
研究员
综合评价
该技术是一项具有里程碑意义的创新技术，它显著提升了光学显微成像的分辨率和速度，为生命科学、材料科学等领域的科研探索提供了强有力的支持。
在技术上，该技术通过基于数字微镜器件（DMD）调制光场和LED照明的结构光照明显微技术（D-SIM），实现了分辨率达到90nm的国际领先水平，且三维成像速度比传统单点激光共聚焦显微技术提高10倍，同时实现了全彩色快速三维显微成像。这一突破性的进展得益于科研团队长期的基础研究和技术攻关，他们成功研发出了一系列围绕着解决光学显微成像分辨率、成像速度、成像维度问题的创新思想和核心专利技术。
在应用上，该技术具有广泛的应用前景和深远的社会影响。在生命科学领域，它使得科研人员能够更深入地观察和理解细胞、组织等生物样本的微观结构和功能，为疾病诊断、药物研发等提供了更为准确和高效的手段。在材料科学领域，该技术的高分辨率和三维成像能力有助于科研人员更准确地分析材料的微观结构和性能，为材料的研发和应用提供有力支持。
此外，该技术还展现出了良好的稳定性和可靠性，以及易于操作和使用的特点。这使得它不仅能够满足科研领域的需求，还有望在医疗、环境监测、工业检测等领域发挥重要作用。
综上所述，结构光照明超分辨和三维显微成像技术是一项具有极高创新性和实用性的技术，它将在多个领域产生深远的社会影响。评价专家组对该技术给予了高度评价，并期待它在未来的科研和实际应用中发挥更大的作用。
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