2023年，成像技術(shù)研究成果豐碩，無(wú)論是關(guān)鍵器件，還是相關(guān)的新技術(shù)、新儀器研制都取得了許多令人振奮的研究成果。
徐濤/紀(jì)偉團(tuán)隊(duì)在多色超分辨顯微成像技術(shù)領(lǐng)域取得新突破
2023年1月，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士團(tuán)隊(duì)與紀(jì)偉研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種基于激發(fā)譜拆分的多色超分辨成像技術(shù)（ExR-STORM）。該技術(shù)通過(guò)激發(fā)效率差異來(lái)識(shí)別不同的遠(yuǎn)紅熒光探針，實(shí)現(xiàn)了四色單分子定位超分辨成像。ExR-STORM提供了一種單分子識(shí)別新方法，并進(jìn)一步提高了單分子光譜拆分能力。成像結(jié)果表明該技術(shù)具有光譜拆分能力強(qiáng)、色差導(dǎo)致的定位誤差小等優(yōu)點(diǎn)，在細(xì)胞器互作、生物大分子共定位分析等生物研究領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
程和平/王愛(ài)民團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)深腦成像利器：微型化三光子顯微鏡
2023年2月，北京大學(xué)程和平、王愛(ài)民研究團(tuán)隊(duì)在《自然-方法》雜志在線發(fā)表了一項(xiàng)最新研究成果：一款重量?jī)H為2.17克的微型化三光子顯微鏡能直接透過(guò)大腦皮層和胼胝體，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)自由行為中小鼠的大腦全皮層和海馬神經(jīng)元功能成像，一舉突破了此前微型化多光子顯微鏡的成像深度極限。從2.2克微型雙光子顯微鏡，到空間站雙光子顯微鏡，再到2.17克微型化三光子顯微鏡，程和平院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷刷新“世界首次”的紀(jì)錄。
我國(guó)高端磁兼容腦PET功能成像儀器實(shí)現(xiàn)零突破
2023年2月，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成功研發(fā)國(guó)內(nèi)首臺(tái)高清晰磁共振兼容人腦PET功能成像儀器（命名為“SIAT bPET”），實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在高端磁兼容腦PET成像儀器研發(fā)方面零的突破。與國(guó)外同類商業(yè)儀器相比，SIAT bPET的效率提高近2倍，平均體分辨率提高30倍以上。同時(shí)，儀器采用了創(chuàng)新的電子學(xué)和磁兼容設(shè)計(jì)，使得磁共振成像對(duì)PET成像的影響幾乎可以忽略不計(jì)，PET成像對(duì)磁共振成像圖像信噪比的影響小于5%，滿足同時(shí)開(kāi)展PET/MRI成像的尖端科研需求。
香港城市大學(xué)成功研制高時(shí)空分辨率電子顯微鏡
2023年4月20日，由香港城市大學(xué)深圳福田研究院院長(zhǎng)陳福榮教授團(tuán)隊(duì)研制的“高時(shí)空分辨率電子顯微鏡”正式發(fā)布。該成果是我國(guó)首臺(tái)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高時(shí)空分辨率電子顯微鏡，也是世界上第一臺(tái)同時(shí)具備低電壓、場(chǎng)發(fā)射、掃描透射一體化模式的緊湊型電子顯微鏡。系統(tǒng)包括脈沖電子源、超快相機(jī)、分段抽氣真空系統(tǒng)及像差校正器，團(tuán)隊(duì)擁有相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)并可自由設(shè)計(jì)系統(tǒng)，特定電子顯微鏡的售價(jià)有望降到目前市場(chǎng)同類產(chǎn)品六成。
戴瓊海院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)新型雙光子合成孔徑顯微成像術(shù)
2023年5月，清華大學(xué)戴瓊海院士團(tuán)隊(duì)在Cell期刊發(fā)表最新研究論文，首次提出了基于空間約束的多角度衍射編碼，實(shí)現(xiàn)非相干光孔徑合成；建立了雙光子合成孔徑顯微術(shù)（2pSAM），可以實(shí)現(xiàn)深層組織毫秒級(jí)的亞細(xì)胞三維成像，顯著降低光毒性(相當(dāng)于比TPM慢1000倍以上)。2pSAM能夠在哺乳動(dòng)物深層散射組織中非侵入式觀測(cè)大范圍亞細(xì)胞級(jí)動(dòng)態(tài)變化，將毫秒級(jí)三維連續(xù)觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)從數(shù)分鐘提高到數(shù)十小時(shí)，為系統(tǒng)性地研究大規(guī)模細(xì)胞在不同生理與病理狀態(tài)下的交互作用打開(kāi)了大門(mén)。
西安光機(jī)所太赫茲消色差超透鏡研究取得進(jìn)展
2023年5月，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在太赫茲頻段可變焦消色差超透鏡領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)采用幾何相位和傳輸相位相結(jié)合的方式，巧妙設(shè)計(jì)超透鏡單元結(jié)構(gòu)的排布方式與空間取向，采用單層超透鏡實(shí)現(xiàn)了太赫茲波的寬頻帶聚焦，有效消除了色差現(xiàn)象。該成果為設(shè)計(jì)多功能消色差超透鏡提供了新思路，有望進(jìn)一步拓展太赫茲頻段超透鏡在顯微成像和內(nèi)窺鏡等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。
生物物理所開(kāi)發(fā)冷凍結(jié)構(gòu)光照明與電鏡關(guān)聯(lián)成像新技術(shù)
2023年5月，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所研究團(tuán)隊(duì)在前期研發(fā)的冷凍光電關(guān)聯(lián)成像高真空光學(xué)冷臺(tái)HOPE基礎(chǔ)上，通過(guò)引入結(jié)構(gòu)光照明成像技術(shù)，成功研制了冷凍結(jié)構(gòu)光照明成像系統(tǒng)HOPE-SIM，實(shí)現(xiàn)了橫向優(yōu)于200納米的光學(xué)分辨率，以及優(yōu)于150納米的光鏡-聚焦離子束三維關(guān)聯(lián)對(duì)齊精度。HOPE-SIM通過(guò)冷凍樣品桿直接銜接三束共焦光電關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)ELI-TriScope，在實(shí)現(xiàn)高分辨三維冷凍熒光成像的同時(shí)，可以完成后續(xù)原位熒光實(shí)時(shí)監(jiān)控聚焦離子束減薄全技術(shù)流程，在原位結(jié)構(gòu)生物學(xué)中有巨大應(yīng)用潛力。
7T超高場(chǎng)無(wú)液氦磁共振成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)鑒定
2023年8月，由中國(guó)科學(xué)院電工研究所、北京大學(xué)、北京斯派克科技發(fā)展有限公司聯(lián)合完成的“7T超高場(chǎng)無(wú)液氦磁共振成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”通過(guò)成果鑒定，鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為，該技術(shù)成果整體處于國(guó)際領(lǐng)先水平。成果面向無(wú)液氦超高場(chǎng)磁共振成像重大需求，開(kāi)展了超導(dǎo)磁體傳導(dǎo)冷卻、超導(dǎo)勻場(chǎng)線圈精準(zhǔn)調(diào)控、梯度線圈工程優(yōu)化和超高場(chǎng)射頻線圈設(shè)計(jì)優(yōu)化等一系列關(guān)鍵技術(shù)研究，成功研制出7T超高場(chǎng)無(wú)液氦磁共振成像系統(tǒng)，并在生物體成像檢測(cè)中得到應(yīng)用。
新方法成功將超透鏡成像分辨率提高一個(gè)量級(jí)
2023年8月，來(lái)自香港大學(xué)、國(guó)家納米科學(xué)中心和英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員展開(kāi)合作，分別從微波頻段和光頻段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合成復(fù)頻波的超透鏡，成功將超透鏡成像分辨率提高約一個(gè)量級(jí)，有望對(duì)光學(xué)成像領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。該方法還可以針對(duì)不同的系統(tǒng)和幾何形狀進(jìn)行定制化應(yīng)用，為提高多頻段光學(xué)性能、設(shè)計(jì)高密度集成光子芯片等方向提供了一條潛在途徑。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于國(guó)際著名期刊《自然》。
新一代無(wú)液氦亞3K低溫掃描探針顯微鏡研制獲進(jìn)展
2023年9月，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心郇慶研究員團(tuán)隊(duì)與高鴻鈞院士團(tuán)隊(duì)合作，研制了一套技術(shù)就緒度為T(mén)RL8級(jí)的無(wú)液氦亞3K低溫SPM系統(tǒng)。該系統(tǒng)將低頻大幅震動(dòng)的制冷機(jī)安裝在遠(yuǎn)端的獨(dú)立制冷腔體，顛覆了現(xiàn)有無(wú)液氦SPM近端安裝制冷機(jī)的方式。經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，該設(shè)備在非接觸原子力顯微鏡原子級(jí)分辨成像、掃描隧道譜以及非彈性電子隧道譜的性能方面，達(dá)到了與傳統(tǒng)液氦杜瓦的濕式SPM系統(tǒng)相媲美的水平。
西工大研發(fā)平面超分辨多色立體顯微成像新成果
2023年9月，西北工業(yè)大學(xué)與香港城市大學(xué)合作在平面超分辨多色立體顯微成像研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際著名期刊Nature Communications上。該研究以平面超振蕩透鏡為研究對(duì)象，提出多焦點(diǎn)拼接延長(zhǎng)焦深及多波長(zhǎng)復(fù)消色差可控優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，首次展示了熒光標(biāo)記神經(jīng)元細(xì)胞的多色熒光三維成像，獲得了高數(shù)值孔徑透鏡下的大視場(chǎng)、消色差、長(zhǎng)焦深遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨聚焦，有望為國(guó)產(chǎn)化高端顯微成像系統(tǒng)提供底層硬件解決方案，推動(dòng)我國(guó)高端顯微成像系統(tǒng)自主研發(fā)進(jìn)程。
國(guó)防科技大學(xué)實(shí)現(xiàn)反射層析激光雷達(dá)三維超分辨成像
2023年11月，國(guó)防科技大學(xué)胡以華教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出了反射層析激光雷達(dá)三維成像技術(shù)架構(gòu)，建立了激光探測(cè)的多角度多視場(chǎng)交疊取樣、窄脈沖激光回波的高速高保真采集及圖像重構(gòu)融合處理方法，研制出反射層析激光雷達(dá)三維成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本成果取得了超過(guò)同口徑光學(xué)成像衍射極限的遠(yuǎn)距離小目標(biāo)超分辨成像能力，其成像分辨率居激光成像領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外最優(yōu)水平，特別是通過(guò)獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)手段和處理算法首次得到立體目標(biāo)結(jié)構(gòu)的十千米距離厘米級(jí)超分辨三維成像結(jié)果。
