結構光照明顯微成像技術 (Structured Illumination Microscopy , SIM) 提出于1999年 (Heintzmann and Cremer 1999, Gustafsson 2000)，是一種運用結構光照明生物樣本，通常為排布方向、初始相位均可調的周期性條紋，將空間高頻信息(對應樣本細節)調制到低頻信息中從而被圖像獲取并重建出來，由此實現超衍射極限分辨率(超分辨)的顯微成像技術。本稀疏算法超分辨顯微成像系統便是應用上述技術的熒光顯微成像系統，可實現亞細胞器水平、高靈敏度、高動態跟蹤的超分辨活體成像，例如觀測囊泡分泌、線粒體嵴活動等生物學過程 (Jakobs and Wurm 2014, Yuan, Liu et al. 2015)。它是科研人員觀測和分析細胞內動態活動的重要工具和手段。

　　南京腦觀象臺超分辨活細胞平臺搭建了我國科學家自主開發的超靈敏結構光超分辨顯微成像系統(以下簡稱“超分辨系統”，HiS-SIM)，依托于創新的顯微光學系統和重建算法軟件，可在活細胞中實現突破光學衍射極限的超高分辨率觀測，實現實時觀測細胞內的囊泡分泌追蹤、線粒體內嵴變異、內質網形態變化等過程，可確保在亞細胞器水平上的低毒性、多通道、長時程、高速成像。也有望替代傳統的寬場熒光顯微鏡以及共聚焦顯微鏡，為基礎生物學研究和臨床醫學研究提供強大的活細胞超分辨成像工具，推動細胞器相互作用、形態變化、定量成像等前人無法在活細胞內實現的動態觀測研究進入可視化時代。其成像靈敏度和成像速度超越現有國際主要壟斷競爭廠家(Zeiss、Nikon、GE)的產品。

　　這項成果發表于雜志《自然·生物技術》(Nature Biotechnology)，被同行評述為“最靈敏的結構光超分辨率顯微鏡”，且獲得2018年中國光學十大進展。

　　HiS-SIM超分辨系統相比其他超分辨技術的成像對比結果如圖1所示，可看出同一細胞器的空間分辨率的差異,并且軟件重構后效果的進一步提升(圖2)。

圖1 超分辨系統在活細胞內的線粒體內嵴成像與STED、STORM結果對比	圖2 進一步使用超分辨軟件Sparse處理的成像結果

　　本超分辨系統是目前世界上活細胞中更快、更靈敏、成像時間更長的超分辨熒光顯微鏡，因此可作為高端通用成像工具廣泛應用于生物醫學、生物制藥、臨床病理檢測等行業領域中，能夠對不同條件下的活細胞開展不同目的成像觀測。

　　超分辨系統在臨床上可以在亞細胞器水平上進行疾病檢測及表型測試，目前超分辨系統已與部分研究單位合作，與北京大學第一醫院合作在佩梅病人成纖維細胞上的成像結果可以看出線粒體形態和動態與正常人的差異，如圖3所示。與宣武醫院合作在帕金森綜合征病人與正常人iPSC分化神經元上同樣可在表型上看出線粒體的差異性，如圖4所示。

圖3 正常人和佩梅病人分離出來的成纖維細胞內線粒體形態和動態不同	圖4 病人iPSC分化神經元上測試表型及精準藥物治療手段