产品应用 | 结构光照明显微成像

SIM 的原理

结构光照明显微成像（Structure Illumination Microscopy, SIM）最早是在2005年由 Mats Gustafsson 开发并提出的，其基本原理是基于摩尔纹（Moire pattern）——一种常用于产生光学错觉的效应。

摩尔纹：由两个空间频率相近的周期性光栅图形叠加而形成的光学条纹。当两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉，而人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹。

当两个小尺寸（高频）网格叠加覆盖在最右边的图像中时，它们之间发生干涉后就会显示一个较大尺寸（低频）的网格，这个网格会包含两个较小网格的信息。

▲ 两个相互成一定角度重叠的细网格相互干涉形成的摩尔纹

在实际使用时，通过在照明光路中插入一个结构光的发生装置（如光栅，空间光调制器，或者数字微镜阵列DMD等），照明光受到调制后，形成亮度规律性变化的图案，然后经物镜投影在样品上，调制光所产生的荧光信号再被相机接收。

通过移动和旋转照明图案使其覆盖样本的各个区域，并将拍摄的多幅图像用软件进行组合和重建，就可以得到该样品图像了。

SIM 的应用

结构光光切显微镜是一种先进的光学成像技术，通过使用特殊的光学照明系统，实现去除焦平面以外杂散信号的目的，从而实现对样品的光学层切扫描，进而实现三维重构。其应用领域广泛，包括但不限于以下几个方面：

1. 定量、定性、定时、定位测定：可对细胞形状、周长、面积、平均荧光强度及细胞内颗粒数等参数进行自动测定。能对细胞的溶酶体、线粒体、内质网、细胞骨架、结构性蛋白质,DNA,RNA,酶和受体分子等细胞内特异结构的含量、组分及分布进行定量、定性、定时及定位测定。

2. 三维重构：对活细胞行无损伤的“光学切片”这种功能也被形象的称为“显微 CT”，可获得标本真正意义上的三维数据，经计算机图像处理及三维重建，可产生生动逼真的三维效果，从而能灵活、直观地进行形态学观察，并揭示亚细胞结构的空间关系。

3. 生物样品增殖、凋亡：用于数小时的长时程定时扫描,记录细胞迁移和生长等细胞生物学现象。胚胎学和发育生物学：线虫、果蝇和斑马鱼的发育和信号机制。细胞生物学和植物生物学：细胞凋亡，细胞自噬，细胞周期，细胞代谢，细胞跟踪和追踪，细胞毒性，氧化应激检测，吞噬作用，内吞作用，受体的内化，细胞信号传导及通信，细胞运动，细胞内区隔化，蛋白质合成与降解，细胞和生物物理调控。酵母和细菌研究。干细胞研究和3D培养。可对细胞增殖、凋亡过程进行图像采集，可结合荧光漂白恢复技术(FRAP) ，漂白过程中的荧光丢失 (FLIP)技术，对细胞随时间的增减变化进行图像采集，数据分析。

4. 细胞内外部通讯：可以通过荧光标记不同标记物，对离子、蛋白质等物质的转运，作用机制进行追踪，分析。可结合荧光共振能量传递技术 (FRET) ，分析分子间的互相作用。该技术可以用于研究胚胎发生、生殖发育、神经生物学、肿瘤发生等过程中缝隙连接通讯的基本机制和作用，也可用于鉴别对缝隙连接作用有潜在毒性的化学物质。

5. 荧光探针的研究：开发试验新型的荧光探针，利用生化材料合成新型的荧光探针。研究现有探针更多的应用，研究现有探针可携带更多的标记物。

SOPTOP M-SIM6000结构光光切显微系统，采用最新的结构光照明技术，尤其针对厚样品的高速、高质量三维成像而设计，集观察、分析于一身，可实现XY方向240nm，Z方向600nm光学分辨率，有效去除焦平面以外的杂散光，实现高清晰度的3D图像构建。