火眼金睛！清华大学团队研发新型超级显微镜

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人民日报记者 吴月
记者从清华大学获悉：9月13日，清华大学自动化系教授、中国工程院院士戴琼海团队在国际顶尖期刊《细胞》（Cell）发表最新工作，宣布新一代介观活体显微仪器RUSH3D问世。
该仪器具有跨空间和时间的多尺度成像能力，填补了当前国际范围内对哺乳动物介观尺度活体三维观测的空白，为揭示神经、肿瘤、免疫新现象和新机理提供了新的“杀手锏”，使我国生命科学家、医学家能够率先使用我国自主高端仪器设备来解决重大基础研究问题。



RUSH3D突破一系列技术壁垒

研究团队介绍，在兼具厘米级三维视场与亚细胞分辨率的同时，该仪器能以20Hz的高速三维成像速度实现长达数十小时的连续低光毒性观测。相比当前市场上最先进的商业化荧光显微镜，该仪器在同样分辨率下的成像视场面积提升近百倍，三维成像速度提升数十倍，有效观测时长提升上百倍。这一前所未有的跨空间和时间的多尺度成像能力，为复杂生物过程研究提供了全新视角。区别于传统光学显微镜聚焦于单个细胞内的物质交互过程，该仪器使得研究人员可以首次以全景方式动态观测哺乳动物器官尺度细胞精度的组织异质性，在活体组织中原位研究大规模多样化细胞在完整生理与病理过程中的动态交互行为。



小鼠全脑皮层范围三维神经成像

目前，研究团队利用RUSH3D系统在脑科学、免疫学、医学与药学等多学科产出一系列成果。例如，首次在活体小鼠上以单细胞分辨率实现了覆盖大脑皮层2/3层的高速长时程三维观测，捕捉了多感官刺激下皮层各脑区的各异性响应模式，能够连续多天以单神经元精度追踪大规模神经响应；首次观测到急性脑损伤后多脑区的免疫反应，发现大量中性粒细胞从非血管区域往脑内的迁移与回流过程；首次在小鼠免疫反应过程中同时观测到了淋巴结内多个生发中心的形成过程，以及T细胞在不同生发中心之间的迁移现象。



急性脑损伤后全皮层范围单细胞水平免疫反应

“这些初步实验仅是RUSH3D应用的冰山一角，展示了其为神经科学、免疫学、肿瘤学、药学等领域前沿研究所带来的广阔应用前景。”研究团队负责人表示，该仪器的研制与产业化填补了对复杂生命现象介观尺度活体观测的空白，标志着我国在活体介观显微成像领域持续引领国际发展，极大提升了我国高端科研仪器的研究和应用水平，为人类探索生命奥秘打开了新的维度。
成果的取得，离不开“十年磨一剑”的努力。
记者获悉，戴琼海团队自2013年起率先开展介观活体显微成像领域研究，2018年成功研制出当时全球视场最大、数据通量最高的显微仪器——高分辨光场智能成像显微仪器RUSH。
此后6年间，戴琼海院士带领成像与智能技术实验室，瞄准活体介观显微成像高峰，持续攻关国际前沿难题，先后提出扫描光场成像原理、数字自适应光学架构、虚拟扫描算法、共聚焦扫描光场架构、自监督去噪算法等关键理论与技术，逐一解决了介观活体显微成像中一系列壁垒，为新一代介观活体显微仪器奠定了基础。
目前，在成果转化方面，团队系列研究成果已支撑多家国内高水平科研机构在肿瘤学、免疫学、脑科学等不同领域开展了20余项创新性生命科学研究，服务于生物制药领域。
（图源：清华大学微信公号）

来源：人民日报客户端



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