三维结构照明显微镜（3D-SIM）提供出色的光学切片，与宽场显微镜相比，其所有维度的分辨率提高了一倍。然而，其轴向分辨率低得多，导致了该方向上的图像细节模糊以及整体图像失真。
基于此，2024年12月23日，北京大学黄小帅和陈良怡、西湖实验室章永登、重庆邮电大学范骏超在国际顶级期刊Nature Methods发表题为《Elucidating subcellular architecture and dynamics at isotropic 100-nm resolution with 4Pi-SIM》的研究论文。
在这里，作者介绍了4Pi-SIM显微镜，这是对I5S的重大改进，它将3D-SIM与干涉显微镜相结合，通过照明和检测波前的干涉来实现各向同性光学分辨率。
研究人员通过对不同细胞类型的各种亚细胞结构进行高保真度成像来评估4Pi-SIM的性能。
另外，作者通过在数百个时间点进行延时体积成像来展示其能力，实现约100 nm的3D分辨率。
此外，研究人员还说明了其能够同时进行双色成像，并捕获3D空间中紧密排列的细胞器之间的快速相互作用。
这些结果强调了4Pi-SIM在阐明亚细胞结构和揭示纳米尺度动态行为方面的巨大潜力。
图1：4Pi-SIM原理和分辨率性能
图2：4Pi-SIM揭示内质网的3D重塑
图3：4Pi-SIM通过同时双色成像可视化细胞器相互作用
本研究的亮点在于成功开发了4Pi-SIM技术，该技术实现了活细胞中各向同性100纳米分辨率的超分辨率成像。通过时间序列体积成像，4Pi-SIM能够捕捉到细胞内部的动态变化，包括线粒体的动态行为和内质网的重塑过程。这些数据不仅展示了4Pi-SIM在揭示细胞内部复杂动态过程中的应用潜力，也为未来的生物医学研究提供了一个强大的工具。此外，4Pi-SIM技术以其卓越的分辨率和成像能力，为细胞生物学领域提供了新的视角和研究手段。
Ouyang, Z., Wang, Q., Li, X. et al. Elucidating subcellular architecture and dynamics at isotropic 100-nm resolution with 4Pi-SIM. Nat. Methods (2024). https://doi.org/10.1038/s41592-024-02515-z.
