示范二：把“起泡”的細(xì)胞膜實(shí)時(shí)量化

在強(qiáng)藍(lán)光與 Nile Red 染料條件下，細(xì)胞膜會(huì)出現(xiàn)blebbing（起泡）現(xiàn)象。團(tuán)隊(duì)用 100 nm 銀納米顆粒（AgNP）當(dāng)“錨點(diǎn)”做 3D 追蹤，同時(shí)讀出周圍 Nile Red 的光譜變化：

□ 起泡出現(xiàn)的半累計(jì)時(shí)間約 5.26 分鐘；

□ 周邊膜區(qū)更易起泡（頻率約為內(nèi)側(cè)的 1.75 倍）；

□ 起泡時(shí) AgNP 垂直方向速度約 0.45 ± 0.08 μm/min，橫向更慢；

□ 與此同時(shí)，光譜峰位以約 0.65 ± 0.32 nm/min 的速率藍(lán)移，對(duì)應(yīng)膜極性下降。

這些細(xì)節(jié)過去用二維掃描式光譜顯微鏡很難完整拿到。 

3D-SpecDIM用于量化細(xì)胞起泡過程

示范三：多分辨率融合——“看清點(diǎn)，也看清景”

系統(tǒng)可在鎖定單個(gè)目標(biāo)的同時(shí)，利用雙 APD 把周邊結(jié)構(gòu)“積木式”拼成三維體視圖，把微觀過程鑲嵌在細(xì)胞級(jí)上下文里，既看動(dòng)態(tài)，也懂語境。

關(guān)鍵原理，用大白話說

□ 目標(biāo)鎖定 3D 追蹤（TL-3D-SMT）：用電光偏轉(zhuǎn)器（XY）和聲透鏡（Z）讓激光焦點(diǎn)像“三維梭子”一樣快速來回掃；利用光子時(shí)間信息，在FPGA中通過 算法實(shí)時(shí)估計(jì)分子偏離中心的量，再驅(qū)動(dòng)壓電臺(tái)把分子“拉回中間”。這樣快物體不丟失、厚樣品也頂?shù)米　?/p>

□ 棱鏡光譜通道：把熒光分為“參考圖像”和“光譜條帶”，通過像素偏移實(shí)現(xiàn)一幀就能配準(zhǔn)光譜；只讀一條譜帶，讀得快，幀率上限 644 fps。

這對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究意味著什么

□ 把“化學(xué)變化”與“運(yùn)動(dòng)過程”合二為一：比如受體結(jié)合、相分離、藥物作用、代謝酸化等，過去要折騰多種儀器輪番上陣，現(xiàn)在一次成像就能連貫量化。

□ 拓展到熒光以外：方法同樣可做散射光譜與拉曼的動(dòng)態(tài)成像，瞄準(zhǔn)納米催化、化學(xué)反應(yīng)等“非標(biāo)記”體系的活體過程。

數(shù)據(jù)與方法的“誠實(shí)賬單”

□ 幀率與讀取受限于相機(jī)硬件，但在毫秒量級(jí)即可拿到有用光譜；ViT_d 的增益在高光子條件下更顯著，這是如實(shí)的邊界條件。

□ 光譜解混的優(yōu)勢(shì)經(jīng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)與補(bǔ)充圖表系統(tǒng)驗(yàn)證；起泡統(tǒng)計(jì)在不同染料/功率條件下也做了發(fā)生率審計(jì)。

一句壓軸：3D-SpecDIM把“單分子追蹤”和“化學(xué)指紋”合成了同一條時(shí)間軸。對(duì)生命科學(xué)而言，這不只是畫面更清晰，而是問題能被更精準(zhǔn)地提問——從今天起，我們不光能知道“它去了哪兒”，還能知道“它一路上發(fā)生了什么”。

深圳灣實(shí)驗(yàn)室侯尚國研究員與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）張永兵教授為論文共同通訊作者。深圳灣實(shí)驗(yàn)室和哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）聯(lián)培博士研究生沙浩、深圳灣實(shí)驗(yàn)室博士生吳宇和張永兵教授為共同第一作者，深圳灣實(shí)驗(yàn)室博士生劉冉參與本項(xiàng)研究。此研究得到了深圳市醫(yī)學(xué)研究專項(xiàng)（B2301003）、國家自然科學(xué)基金（22204106、62031023、62331011），深圳市科技項(xiàng)目（GXWD20220818170353009），儀景通-深圳灣實(shí)驗(yàn)室光學(xué)成像技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（S234602004-4），以及廣東省珠江人性項(xiàng)目的支持。

深圳灣實(shí)驗(yàn)室侯尚國課題組研究方向包括多維動(dòng)態(tài)光學(xué)顯微成像技術(shù)開發(fā)、病原體與宿主相互作用機(jī)制、定量生物分子動(dòng)態(tài)成像和人工智能生物成像。課題組常年招收光學(xué)、電子信息、計(jì)算機(jī)科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等相關(guān)專業(yè)博士研究生、博士后、研究助理、助理研究員等。歡迎感興趣的優(yōu)秀青年聯(lián)系，課題組網(wǎng)站https://houlab.szbl.ac.cn/，具體招聘詳情請(qǐng)查看深圳灣實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站招聘網(wǎng)頁。