基于反卷积的超分辨率量子生物传感实现活细胞内多物理场动态成像

《Nature Communications》：Quantum-sensing-based super-resolution live cell microenvironment imaging

　　

摘要

直接监测细胞内复杂的微环境对于解析局部细胞行为和功能至关重要。然而，对活细胞内动态物理化学环境进行纳米尺度的时空传感仍具挑战性，主要受限于缺乏稳健且生物相容的方法，该方法需同时满足时空分辨率、灵敏度、多物理场传感能力及长期可行性的要求。在此，我们提出了一种基于超分辨率的量子生物传感方法，即“基于反卷积的超分辨率多物理场成像”，该方案实施于我们自主研发的集成平台上，该平台结合了基于氮空位中心的量子传感与结构化照明显微镜技术。该技术实现了对细胞内物理场的定量、超分辨及长期追踪，其空间分辨率为 136 纳米，时间分辨率为 150 毫秒，视场为 180×180 微米²。我们进一步在活细胞中开展了超分辨率多模态成像，揭示了外部刺激下活性氧物种动态的空间异质性。本研究使得在超分辨率量子生物传感条件下对局部物理化学动态进行动态评估成为可能。