超分辨光学成像在探究生物过程的微观机制上发挥着重要作用。基于荧光染色的超分辨成像技术，目前在纳米尺度上成功实现了对蛋白质等大分子的活体细胞成像。然而，荧光标记需要复杂的准备工作，并且无法有效标记小分子代谢物（如糖类、脂质等）。受激拉曼散射（stimulated Raman scattering, SRS）是一种无标记成像技术，能够通过捕捉细胞分子内秉的化学键振动实现化学成像。然而， SRS的空间分辨率仅约为300纳米，不足以捕捉细胞内精细纳米结构。因此，如何实现生物样品的超分辨无标记化学成像仍是学术界的重大课题。
近日，法国Kastler-Brossel实验室的Hilton B. de Aguiar课题组在Advanced Imaging 报道了一种名为Blind-S3的超分辨率技术，成功将SRS与结构光照明（structured illumination microscopy, SIM）结合。与传统的宽场SIM相比，作者针对SRS的特性，设计了一种宽场与点扫秒结合的成像方式。研究团队对泵浦光（Pump）使用散斑照明，并通过激光扫描斯托克斯光束，以单个探测器捕捉SRS图像。随后，利用先进的计算方法对一系列斑点照明图像进行重建。这种“仪器+计算”的协同策略不仅克服了SRS信号无法用相机检测的难题，还通过使用散斑照明增强了SRS的穿透深度。Blind-S3实现了两倍的分辨率提升，并通过对HeLa细胞和小鼠脑组织切片的成像证明了其效果。该技术无需使用高功率激光照射或特殊的样品处理，在生物细胞学中具有广泛的应用前景。
图1 盲结构光照明原理示意图（左）及超分辨能力的概念演示（右）
尽管Blind-S3取得了显著的进展，但其分辨率仍与荧光超分辨成像的能力有较大差距。这不仅受限于近红外激发的较差分辨率，而且源于SRS有限的灵敏度。因此，能够在保持对非荧光代谢物敏感性的同时，实现亚100纳米分辨率的新型振动成像技术仍然是一个热点研究领域。
林浩楠，美国波士顿大学程继新实验室博士后。2015年于清华大学获得工程物理学士学位，2021年于波士顿大学获得生物医学工程博士学位。研究方向包括受激拉曼散射，光热化学成像，计算光学成像与人工智能。以第一作者身份在包括Nature Communications, Science Advances, Light: Science & Applications 等期刊发表文章十余篇。
程继新，波士顿大学教授。毕业于中国科学技术大学，攻读分子光谱化学成像博士学位。随后程继新教授加入了哈佛大学谢晓亮团队，主导了 CARS 显微镜的开发。2017 年担任波士顿大学光子学和光电子学系首任Theodore Moustakas讲座教授。程教授是美国光学学会、美国医学和生物工程研究所会员，Science Advances 编委。其团队在化学成像创新、发现和临床转化方面处于前沿。
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