NanoSlice超分辨光片显微镜

500 fps 最快图像采集速度

4.5 kHz 结构光切换速度 

光片成像模式与超分辨技术有机融合的商业显微成像系统

NanoSlice 通过光片照明方式实现高速、低光毒性三维体成像，结构光超分辨技术实现衍射极限以下分辨率，结合两者优势可实现单细胞、多细胞、胚胎、线虫、斑马鱼、类器官等多种尺度样本的长时程超分辨成像，具有超分辨、超高速、超长成像时程、高智能成像等独特性能。

1、Sheet scan mode

传统光 片成像模态，使用均匀光片进行照明，具有更薄的照明厚度与更快的成像速度，适合较薄且运动速度较快的样品

2、Lattice SIM mode

结构光光片成像模态，将结构光照明与光片照明相结合，在进行薄层照明的同时，结构光照明方式将图像分辨率提高了两倍

3、Rolling shutter mode

 共聚焦线扫光片模态，通过光束扫描来实现片层照明，同时相机曝光与扫描光束做到严格同步，可过滤离焦背景，提高图像对比度

应 用 场 景

卵母细胞发育过程

对表达 TOMM20-mEmerald的小鼠胚胎进行超分辨光片显微镜成像，可清晰观察到卵母细胞内线粒体的形态及具体排布，不同的颜色表示与底部基质的距离不同

细胞有丝分裂过程中细胞器分配过程

实现了对完整细胞分裂过程内质网、线粒体、高尔基体等亚细胞结构的三色、高速(秒量级)、超长时程(小时量级，>1000个时间点)三维观测，深入探

究了细胞有丝分裂过程中细胞器在子代细胞中的均匀分配机制

秀丽隐杆线虫的胚胎发育过程

SR-LSM系统同样适用于对光毒性敏感的胚胎发育成像研究。本案例借助SR-LSM系统，以高时空分辨率完整记录了秀丽隐杆线虫胚抬部分表皮细胞的融合过程以及胚胎的伸长过程，清晰展示了细胞融合和胚胎伸长过程中溶酶体(色)和表皮细胞顶端连接(蓝色)的动态变化过程

NanoSlice 控制软件

集成多种成像功能

四通道同时拍摄

通过优化光路设计，可实现多色激光的同时成像，无需机械部件切换即可快速多色成像，极大提高成像效率

多点拍摄

可随机选取多个区域进行长时程轮流拍摄，无需人员值守，提高了数据通量与成功概率，避免了实验材料浪费

三维拼图拍摄

针对大样本成像的需求，开发了三维拼图成像的功能，可对规定区域的样本进行三维的拼接扫描成像

长时间序列拍摄

 配备了活细胞培养装置，可对活细胞进行超长时程的多色成像，为研究细胞分裂及发育过程中的生物学问题提供很好的解决方案

结合深度学习算法打造卓越性能

01、虚拟结构光照明各向同性超分辨算法

虚拟结构光照明各向同性超分辨重建算法（Virtual structured illumination super-resolution, VSI-SR）基于生物样本结构各向随机生长的事实，构建了虚拟结构光照明网络框架，对网络输入图像进行旋转，获得图像不同方向的超分辨结果，最后将三组一维超分辨中间数据融合为各向同性超分辨结果。

该方法克服了传统结构光光片显微镜仅在一个维度上获得超分辨图像的限制，只需使用 Sheet scan mode 拍摄单张图像，即可通过 VSI-SR 网络模型对数据增强，获取各向同性超分辨重建结果。VSI-SR 技术在不牺牲成像时程与速度的前提下实现图像分辨率与信噪比的提升，提供长达数千时间点、小时量级各向同性活体超分辨成像体验。

本案例展示了使用 NanoSlice 系统以及配套的深度学习算法对整个过程进行成像的完美应用，分别标记了 F-actin（绿色）、内质网（紫色）、溶酶体（黄色），对该过程进行了长时程的多色体成像，以 8 秒为间隔，连续拍摄了 351 个时间点，完整记录了 Hela 细胞有丝分裂过程中收缩环的形成、收缩到解体的过程。

借助于 VSI-SR 对低信噪比图像在分辨率和对比度增强的卓越性能，NanoSlice 系统可以以4.125 Hz 的高速对 Lifeact-GFP 标记的花粉管进行连续1000个体积的成像，揭示了花粉管生长过程中细胞骨架的时空动态过程。

02、深度学习时空交织采样自监督降噪算法

时空交织采样自监督降噪算法 TiS/SiS（Temporally interleavedself-supervised/Spatially interleavedself-supervised）将光学成像模型及物理先验与神经网络结构设计相融合，合理化网络训练、预测过程，从而实现了高性能、高保真的显微图像去噪与超分辨重建。

无需额外采集训练数据、亦无需保证时序数据具有时间连续性，即可实现媲美监督学习效果的去噪神经网络的训练，解决了实际生物成像实验中高质量训练数据难以获取的难题。NanoSlice 结合该算法可以将成像速度/时程提升至传统光片显微镜的 30 倍以上。

NanoSlice 与 Tis/SiS 的结合使得系统对样本的要求进一步降低，同时减轻了成像对样本的光毒性。这里展示了 Hela 细胞有丝分裂过程中多个细胞器之间的互作过程，拍摄时程长达 1000 个时间点，细胞有丝分裂过程未受任何影响。

系统参数及配置

系统分辨率

传 统 光 片： X - Y： 200 nm  Z： 400-1000 nm
光 栅 光 片： X - Y： 120 nm  Z： 400-1000 nm
超分辨光片： X - Y： 100 nm   Z： 300-800 nm

扫描与成像部分

结构光切换速度： 4.5 kHz            
最快图像采集速度： 500 fps@1536×1536 pixels
最大成像视野： 130 μm×130 μm

算法部分

图像处理：512×512 pixels 超分辨图像 120 fps
维纳结构光超分辨重建、自适应去噪去卷积算法
带有图像倾斜校正功能；

智能处理算法

基于深度学习的 SiS 去噪算法，可实现智能批量化数据处理

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