超分辨顯微鏡取得新突破！寧波科創中心超分辨顯微成像團隊獲得國家重點研發計劃資助

來源：浙江大學寧波校區

研究病毒（如新冠與艾滋病病毒）入侵宿主細胞的動態過程、細胞內亞細胞器結構的動態互作及細胞核內基因的轉錄調控等對了解病毒感染和疾病發病機製、阻斷性藥物研發以及疫苗研究等均有重要意義。但病毒直徑僅百納米，其入侵宿主的過程及成熟病毒的組裝與分泌過程發生迅速(幾百毫秒)，因而對顯微成像儀器的視場、分辨率、光毒性等綜合性能提出了很高的要求。但目前主流的超分辨顯微鏡技術如受激發射損耗（STED）、單分子定位（SMLM）和結構光照明（SIM）在分辨率、光毒性、視場等綜合性能上依然存在各自的缺陷，難以滿足生命科學領域的需求。

2021年12月，浙江大學寧波科創中心（寧波校區）超分辨顯微成像團隊聯合寧波永新光學股份有限公司申報的國家重點研發計劃——超高分辨活細胞成像顯微鏡研究及應用，正式簽訂項目任務書，該項目對標國際同行Z高水平（蔡司、尼康），旨在研發出國產化的，大視場、長時程、實時、超高分辨的多維動態納米成像係統，為研究病毒（如新冠與艾滋病病毒）入侵宿主細胞的動態過程，了解病毒感染和疾病發病機製、研發阻斷性藥物以及疫苗研究等的提供有力工具，並進行產業化轉化，以及開展生物醫學製藥等領域的應用示範等。項目總研發經費投入4600萬元，實施周期4年。

團隊承擔的“實時寬場移頻超分辨顯微鏡技術研究”課題，屬於整個項目的Z核心任務，即SR-SIM超分辨成像照明模塊。團隊提出一種基於高速振鏡結合電光移相的高速寬場移頻顯微成像技術，重點建立基於振鏡結構的多光束精準調控策略，建立基於頻譜平滑優化理論的去偽影算法，編製出基於GPU並行技術的實時超分辨圖像重構軟件，Z終研製出超高速、高保真度實時寬場移頻（SIM）超分辨顯微係統，旨在實現一種分辨率 85nm、成像速度≥15 幀/秒（1024×1024 像素），低光毒性的寬場移頻超分辨顯微新技術，整體指標將趕超國際同行，實現與國際“並跑”能力。低光毒性的寬場移頻超分辨顯微鏡新技術，為基因演化、傳染病診療等科學前沿問題研究提供新方法、新手段。

項目的實施，將進一步深化團隊與寧波本地顯微鏡製造龍頭企業的產學研合作，將幫助企業具備超高分辨顯微鏡的生產製備能力，同時形成係列複消色差物鏡、多通道熒光濾光片等核心部件的批量生產能力，形成我國超分辨顯微鏡的核心部件與整機生產的產業化示範基地。助力寧波市“246”萬千億級產業集群發展，有望助力國內顯微鏡生產製造企業向G端製造領域躍進。項目的成功研發，將實現超分辨顯微鏡的進口替代能力，打破G端科研儀器“受製於人”的局麵。

浙江大學寧波科創中心（寧波校區）、浙江大學光電科學與工程學院和寧波永新光學股份有限公司三家單位，依托共建的浙江大學寧波研究院光電分院開展深度產學研合作模式，致力提升科技軟實力，促進軟硬實力有機結合，服務寧波市“246”產業中千億光電大產業發展，曾共同為“嫦娥二、三、四號”人造衛星製造多款光學鏡頭，承擔十三五國家重點研發計劃“重大科學儀器設備開發”重點專項，並於2019年獲國家技術發明二等獎。

目前，分院下設的寧波先進光電技術創新公共服務示範平台與寧波永新光學股份有限公司合作成果顯著，已開展圍繞超分寬場移頻顯微係統、5G移動版數碼顯微互動係統、液體自動變焦鏡頭等多項技術攻關項目。其中“寬場移頻超分辨顯微鏡（SIM）係統研發”獲寧波市“科技創新2025”重大專項支持項目；“5G移動版數碼顯微互動係統”“液體變焦鏡頭”項目已成功實現產業化，新增企業銷售近1000萬元，並為永新光學提供後續產品優化及技術支持服務。