浙江大学光电科学与工程学院刘旭教授和匡翠方教授课题组在超时空分辨活细胞成像系统和方法研制方面取得突破，开发出了新型的光学超分辨成像技术——多角度干涉显微镜（MAIM）。

对生命本质的探索是生物学家乃至整个人类的不懈追求。Science杂志2017年公布的全世界最前沿的125个科学问题中，涉及生命科学的问题所占比例更是高达46%。而光学成像技术则是解决这些前沿问题的最有效的手段之一。

然而，由于光学衍射极限的存在，常规光学显微术的分辨率一般被限制在半波长左右，无法满足对于微纳尺度观测的需求。目前虽然已有多种成像技术可以突破光学衍射极限，但是这些方法均存在着各自的优势与不足，主要体现在难以实现三维空间分辨率和时间分辨率的平衡。

图1 MAIM系统示意图，该系统主要由两套扫描振镜构成，用于控制照明光束的入射角和方位角，实现变角度倏失场照明下的结构光成像。

课题组从照明光场调制和频域调制角度入手，巧妙地将多角度全内反射照明引入到结构光照明显微技术中，搭建了一套基于非共轴干涉系统的新型光学成像系统，如图1所示。该方法结合了结构光照明显微技术和多角度全内反射照明显微技术，实现了横向分辨率~100 nm，轴向分辨率~40 nm的三维超分辨成像。在成像速度提升方面，课题组通过利用变角度倏失场照明下的结构光成像，结合计算成像模型，使得三维成像速度大大提升。

图2 活细胞内线粒体（a，b）和微管（c，d）实验结果；（a，c）横向超分辨和衍射受限的低分辨成像结果；（b，d）三维超分辨动态成像结果（颜色代表深度信息）。

目前，该技术在荧光颗粒、细胞微管、过氧化物酶和线粒体等多类亚波长样品上均得到验证，显示了其普适性强、使用方便的优点。图2所示为使用本方法对活细胞内线粒体和微管成像的结果，揭示了它们的四维超分辨信息，包括三维超分辨空间分布和随时间的动态变化。该技术所需照明光强低，对样品制备无特殊需求，可实现对生物活细胞样品的多色、长时程、高速和三维超分辨成像，为微管、内质网、线粒体和细胞膜等亚细胞组织的生物动力学分析提供了有力的研究工具。

此项成果近期以Multi-color live-cell super-resolution volume imaging with multi-angle interference microscopy为题于2018年11月16日发表在Nature Communications上。

论文第一作者为浙江大学陈友华和刘文杰，通讯作者为浙江大学匡翠方和刘旭教授。合作单位包括中北大学和华中科技大学。此工作得到了科技部973项目和国家自然科学基金委员会重大仪器等项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-07244-4