超分辨荧光显微镜突破了光学衍射极限造成的空间分辨率限制，使得生物学家能够在生命体和细胞具有活性的状态下，对其功能与结构进行高精度动态记录，有望揭示更多重要的生命现象细节。然而，由于超分辨荧光显微技术的成像视场、深度、分辨率、速度等不易兼得，所以解卷积作为一种最有效且直接的求解逆问题的框架，被广泛应用于增强超分辨显微镜的时空分辨率。研究人员聚焦于通过相应算法设计实现高质量显微图像的重建，在一定程度上克服了超分辨荧光显微镜的硬件限制，可以更好地恢复生物信息。本文首先介绍了解卷积方法的基本原理及其发展历程，接着列举了不同解卷积技术在不同模态下的重建原理和效果以及这些技术在生物学上的应用，最后总结了基于深度学习的解卷积方法在超分辨荧光显微镜技术上的最新进展和未来的发展潜力，并对包括傅里叶环相关的定量评估图像重建质量的方法的最新进展进行了阐述。

捕捉细胞内分子活动发生的动态过程, 从细胞分裂到囊泡运输再到胞内钙离子浓度变化等大量快速发生和发展的生理过程是很多科研工作者的需要。这个过程不仅要求较高的时间分辨率, 还要求较低的激发光强度以使样品的淬灭和光损伤达到最小。因此, 相机的高灵敏度图像传感器起到了决定作用。鉴于近几年图像传感器发展迅速, 本文对其进行了系统的阐述, 综述了相机的图像传感器技术上的最新突破和改进。进而, 总结了其在活细胞成像中的应用, 对比了两种主流传感器并展望了未来发展趋势。

突破了衍射极限的超分辨光学显微成像通常被用于观测亚细胞的结构特性及其相互作用,对于研究基因组和攻克重大疾病具有重要意义。首先分别介绍了4种典型的超分辨显微成像技术的工作原理,然后阐述了多色荧光成像和三维成像等观测手段的研究进展,最后综述了近年来国内外超分辨光学成像在细胞活动观测、细菌细胞研究和细胞骨架观测中的应用现状。文中指出,影响成像质量的主要因素包括荧光蛋白较差的光稳定性、低的光活化速率以及弱的荧光强度等。随着上述问题的解决,超分辨光学成像将在厚样品三维成像、多色荧光成像和活细胞快速成像等方面得到广泛应用,最终推动生命科学、材料科学的发展。

用石英晶体微天平(quartz crystal microbalance, QCM)和活细胞成像技术实时监测人脐静脉内皮细胞(HUVEC)在ITO石英晶体电极上的动态粘附响应过程。在ITO晶体电极上加入不同浓度的HUVEC, 测定细胞在QCM上谐振频率以及耗散的实时变化。通过ITO电极与光学显微镜的联用, 监测了HUVEC在药物处理前后的动态变化过程。用细胞粘弹性指数(QCM的动态电阻变化与频移变化之比, CVI=ΔR/Δf)表征细胞的粘弹性变化, 同时通过活细胞成像技术的联用, 实时监测细胞的形态变化。结果表明: 细胞浓度为10万个/mL时, 细胞在ITO电极上铺展完全且粘弹性最大。抑制剂y-27632和激动剂凝血酶thrombin药物处理细胞前后, 在显微镜的实时监测下细胞形态变化不明显, 但CVI粘弹性指数变化较大, 说明QCM信号比光学信号更为敏感, 且在药物筛选方面有有很大的应用前景。