共振多焦点扫描超分辨显微技术实现深度与视场同步扩展的细胞组织成像

研究人员开发了共振多焦点扫描显微镜(RSM)技术，通过整合多焦点激发、连续样品扫描和快速轴向重聚焦，解决了传统超分辨成像在厚样本和大视场中的技术瓶颈。该系统在标准荧光平台上实现了2倍分辨率提升和20倍深度扩展，成功应用于乳腺癌组织HER2簇和线粒体网络的高通量成像，为病理诊断和细胞生物学研究提供了新工具。

　　

光学显微技术在过去二十年突破了衍射极限，但现有超分辨方法如结构光照明显微镜(SIM)和共聚焦扫描技术仍面临复杂光路校准、有限成像深度等挑战。尤其对于厚组织样本（如15μm肾脏切片）或大视场病理检测（如乳腺癌HER2表达），传统方法难以兼顾分辨率、速度和三维覆盖能力。美国佐治亚理工学院Shu Jia团队在《Cell Reports Physical Science》发表的研究，通过创新性融合电调透镜(ETL)和微透镜阵列(MLA)，开发出共振多焦点扫描显微镜(RSM)，实现了100-150 nm分辨率下15μm深度范围的快速 volumetric成像。

关键技术包括：1）MLA生成间距2.1μm的倾斜多焦点阵列；2）ETL以100 Hz频率谐振扫描实现无机械运动的20μm轴向覆盖；3）同步样品平移与计算重建算法（像素重分配+反卷积）。系统通过标准荧光平台完成，避免了复杂的光学改装。

RSM setup and characterization
系统采用100x/1.45 NA物镜，ETL控制焦平面在样品空间快速移动（图1A）。

实验显示，4°倾角的MLA设计（图1B）配合10μm/s样品平移，可完整覆盖视场。轴向扫描精度通过电流-位置校准曲线验证（图1D），重建流程包含图像追踪、针孔滤波和像素重分配（图1E）。

Imaging mammalian cells with RSM
在牛肺动脉内皮细胞中，RSM解析出微管单丝150-170 nm宽度（图2G），较宽场成像（280 nm）提升近2倍。去相关分析(DeARes)证实分辨率达164 nm（图2D-F）。线粒体成像中，RSM在2μm深度内清晰呈现空心管状结构（图2N-Q），而宽场图像无法识别这些特征。

Imaging tissue sections of the mouse kidney
15μm厚小鼠肾脏切片成像中，RSM展现出完整的肾小球三维结构（图3H），而传统宽场堆栈出现低对比度断层（图3G）。通过固定ETL电流的层析实验证实，系统在-2.5至5.0μm轴向范围内保持稳定分辨率（图3I-J）。

Imaging pathological samples using RSM
在5μm厚乳腺癌FFPE样本中，RSM检测到约100个/mm²的HER2簇（图4G），远超宽场方法的检出率（<20%）。双色成像显示HER2与线粒体信号弱相关（r~0.25），证实了肿瘤标志物的空间异质性（图4J）。

该研究通过谐振扫描策略突破了超分辨成像的深度-速度-复杂度三角限制。ETL替代机械Z轴使系统稳定性提升10倍，而MLA简化设计将成本降低至常规SIM水平。在病理学应用中，RSM对HER2簇的精准定量（图4D-F）为癌症分级提供了新维度。未来结合深度学习算法，可进一步实现局部三维高内涵筛选。这项技术为从亚细胞器到组织尺度的生物医学研究建立了通用成像平台。