對(duì)生物結(jié)構(gòu)在不同尺度、不同維度和不同部位的觀(guān)察與形態(tài)分析，為科學(xué)研究提供了最直接的證據(jù)，在眾多學(xué)科領(lǐng)域扮演著不可或缺的角色。目前生物結(jié)構(gòu)的二維形態(tài)觀(guān)察手段已非常成熟，但三維成像技術(shù)手段卻明顯滯后且應(yīng)用范圍不廣。目前已有的三維成像技術(shù)無(wú)法同時(shí)解決復(fù)雜突變樣本的形態(tài)信息缺失、成像速度慢、真實(shí)紋理難以還原等問(wèn)題。
近日，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所楊星科研究組與中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所姚保利、雷銘研究組合作，共同提出一種基于結(jié)構(gòu)照明顯微術(shù)（Structured Illumination Microscopy，SIM）的針對(duì)微小動(dòng)物的三維層析成像方法。該方法的原型是由姚保利、雷銘研究組于2013年研發(fā)的D-SIM技術(shù)（Scientific Reports，2013），它使用高速數(shù)字微鏡器件（DMD）和高亮度LED光源來(lái)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光場(chǎng)，既可以實(shí)現(xiàn)超分辨成像也可以用于三維層析成像。與傳統(tǒng)的三維光學(xué)成像技術(shù)相比，D-SIM不僅具有更高的空間分辨率、更短的成像時(shí)間（一般只需要幾十秒到幾分鐘）和更好的成像質(zhì)量，并且大幅降低了裝置的復(fù)雜性和成本。在三維層析模式下，該技術(shù)原本主要針對(duì)亞毫米量級(jí)的樣本進(jìn)行觀(guān)察，然而很多生物樣本的尺寸為厘米量級(jí)甚至更大尺寸。為了解決這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)雙方的通力合作，提出了一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)微小動(dòng)物快速三維成像的解決方案。以六種不同門(mén)類(lèi)為代表的無(wú)脊椎動(dòng)物為樣本，通過(guò)與CLSM、Micro-CT、FIB-SEM、MRI等當(dāng)今流行的三維成像技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)D-SIM在微小動(dòng)物精微三維結(jié)構(gòu)成像質(zhì)量、成像速度、樣本制備方法上要優(yōu)于這些技術(shù)，在與傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的兼容性以及設(shè)備成本上也存在巨大的優(yōu)勢(shì)，有望成為普通實(shí)驗(yàn)室的常用成像設(shè)備。
該研究成果于2016年6月正式發(fā)表在Frontiers in Zoology 雜志上。文章第一作者為動(dòng)物所博士阮用穎，西安光機(jī)所博士但旦為共同第一作者，動(dòng)物所博士白明和研究員楊星科為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院科研裝備研制項(xiàng)目的支持。
論文信息：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 Zoology13：26, 1-10.
結(jié)構(gòu)照明三維層析成像系統(tǒng)光路圖
成像結(jié)果（a寄生蜂，b線(xiàn)蟲(chóng)，c螨）
