5月9日消息，近日清華大學(xué)生命學(xué)院李棟課題組與自動化系戴瓊海團隊合作提出一款全新的「AI+」顯微鏡：元學(xué)習(xí)驅(qū)動的反射式晶格光片虛擬結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡（Meta-rLLS-VSIM）。合作團隊利用AI賦能超分辨光學(xué)顯微鏡，硬件軟件協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)「1+1>2」的成像效果，開啟了生物醫(yī)學(xué)活體觀測的全新視角。

在諸多三維光學(xué)顯微成像的技術(shù)方案中，光片顯微鏡（LSM）是當前最適宜進行多細胞、大體積樣本三維成像的模態(tài)之一。2014年，諾貝爾化學(xué)獎得主Eric Betzig在傳統(tǒng)LSM的基礎(chǔ)上發(fā)明了晶格光片顯微鏡（LLSM），并通過與結(jié)構(gòu)光照明（SIM）相結(jié)合，形成晶格光片結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡（LLS-SIM）解決方案。

LLS-SIM可在結(jié)構(gòu)光照明方向上將分辨率提升至150納米左右，這也是當前最新的前沿技術(shù)方法。然而，LLS-SIM僅能產(chǎn)生單一方向的結(jié)構(gòu)光照明，導(dǎo)致空間分辨率各向異性，未超分辨方向易產(chǎn)生畸變，限制了對三維亞細胞動態(tài)的精準探測。

針對這一難題，Meta-rLLS-VSIM通過AI與光學(xué)交叉創(chuàng)新，在不犧牲成像速度、光子代價等核心成像指標的前提下，將LLS-SIM 的一維超分辨能力擴展至XYZ三個維度，實現(xiàn)橫向 120 nm、軸向 160 nm 的近各向同性成像分辨率，相比于LLSM，體積成像分辨率提升15.4倍！該工作將元學(xué)習(xí)策略與系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程深度融合，僅需3分鐘就可以完成從訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集到深度學(xué)習(xí)模型的自適應(yīng)部署過程，讓AI工具在實際生物實驗中的應(yīng)用達到近乎「零門檻」。