“超分辨光学”项目获国家科技发明二等奖

由浙江大学牵头,永新光学作为第二完成单位申报的《超分辨光学微纳显微成像技术》项目获2019年度国家科学技术发明二等奖。这个项目突破了光学衍射极限,实现了亚百纳米分辨率的信息获取,为脑神经、生命科学、纳米制药等领域提供了有效的技术支撑。

永新光学总经理毛磊告诉记者,这个项目有两个很“牛”的地方。

一是移频技术。一般来说,频率越高,分辨率就越高。但亚百纳米的高频信息无法通过传统光学方法成像,而该项技术采用全矢量光场调控移频技术,将高频信息转换成低频信息,接收后再进行显微图像的显示,这样就可以看到亚细胞器的微观结构。应用这个原理研制的设备,今后会应用在生命科学的研究方面,也就是研究结构分子学,对研究细胞、基因、脑部组织等活体组织,有重大意义。

二是可以做到普适性荧光标记观察。现有技术手段的超分辨成像采用特殊荧光染料,会使标本的制备复杂化,而这项技术可以做到普通荧光染料标记甚至无荧光标记成像。荧光成像就像夜空中的星星,怎样才能看得更清楚?前提是不能有任何干扰,不能有灯光干扰,不能有月亮,当整个天空中只剩下一颗星星的时候就能看得非常清楚。光学分辨率到了极限的时候,对背景噪声的处理要求就变得特别高。项目组首次提出辐射微分技术,提升信噪比2倍以上,达到超高分辨率的观察。

针对超分辨光学微纳显微成像技术瓶颈,浙江大学在超分辨的基础方法方面,提出了虚拟移频与宽场表面波移频的成像新方法,并结合荧光辐射微分成像技术,解决了国外超分辨光学成像受到特殊染料限制、适应范围窄的难题,实现了普适性荧光标记(非特殊染料)以及无荧光标记的超分辨光学成像。项目申请并授权了一系列发明专利,发表了百余篇SCI论文,建立了我国自有超分辨技术体系。

永新光学毛磊团队则在超分辨工程实践研究方面,突破了长期困扰我国超分辨显微领域核心部件设计与制备的技术瓶颈,形成了FSED超分辨显微系统样机;完成了“超分辨光学微纳显微成像技术”的理论实践与工程化研究,实现了大孔径物镜、荧光滤光盒等核心部件的批量生产。同时毛磊作为编写组组长主导制订了ISO9345“显微镜成像系统和成像部件的连接尺寸要求”国际标准。该标准是中国人主导的首部显微镜领域的国际标准,有效提升了我国光学仪器行业的国际影响力。