传统的光学显微系统受到阿贝衍射极限原理的限制，无法分辨尺度小于~200nm的事物，为了突破衍射极限，超分辨荧光显微技术应运而生，在生物成像等领域得到广泛应用。根据成像采集过程，超分辨方法主要可分为两类。一种是单分子定位显微方法（SMLM），通过荧光分子的光开关特性，孤立每个发光分子进行单独定位。此类方法具有不受衍射极限限制的特点，可以得到10-40nm的超高分辨率，但由于分子激活漂白的循环步骤使得采集速度和成像时间较慢。另一种是如结构光照明等宽场成像的超分辨显微技术，可以通过获得相邻区域/荧光分子间一定程度的响应差异来实现分辨率的提升。宽场成像的方法具有较高的时间采集效率，但由于同时激发视野内的全部分子，使得其分辨能力往往在100nm以上。目前还缺乏一种方法在理论上可以有效的兼顾宽场成像的时间采集效率和单分子定位方法的空间分辨率，因此亟需提出一种基于宽场成像对荧光分子高效调制的技术方案。 超分辨方法其本质都是通过识别单个荧光分子的独立的发射特性获得该分子的空间定位。如果可以对宽场成像中衍射极限以内各个发光分子荧光发射差异实现主动控制，则有可能获得更好的超分辨显微结果。近期，物理学院介观物理国家重点实验室极端光学研究团队提出了基于量子相干控制原理主动调制分子荧光发射而获得超分辨荧光显微的方法（SNAC），在宽场成像下实现了分辨率的提升。课题组在ZnCdS量子点体系下获得衍射极限范围内各个量子点的差异化激发。通过设计多个整形脉冲，单个ZnCdS量子点的荧光差异性会得到增强。课题组通过周期性改变整形脉冲和傅立叶增强提取荧光响应的差异。同时，主动控制的图像采集方案可以有效的抑制系统中不随调制周期变化的泊松随机噪声和CMOS工艺导致的固定噪声，极大的提升了信噪比。接着，利用独立开发的混合周期（Combination-FFT）和多高斯拟合定位算法获得最终的超分辨重建结果。研究模拟了邻近双点荧光发射的超分辨定位，其结果可以很好的分辨出低至50nm的相邻荧光分子。对于密集标记的线性结构，SNAC的分辨能力同样有显著性的提高，获得了30nm左右的径向定位精度。在量子点标记的COS7细胞样品的维管结构区域清晰的观测到了维管的平行取向和姿态排布以及纤维交叉区域的95.3nm的邻近双峰，显示出了比已有多种宽场超分辨方法更好的重建结果。这个研究将脉冲整形作为新的控制维度引入荧光超分辨，并将宽场超分辨成像技术的分辨率提升到了与单分子定位方法接近的50nm的水平。

本发明公开了一种三色荧光显微成像系统，其包括三色激光合 束模块、第一二向色镜、物镜以及三色荧光成像模块；所述三色激光 合束模块用于将三种单色光合并成一束三色激光，投射在第一二向色 镜上；第一二向色镜反射激光同时透射荧光，其用于反射三色激光， 投射在物镜上；所述物镜用于透过三色激光并收集激发的混合荧光， 并将收集到的混合荧光投射在第一二向色镜上，第一二向色镜用于透 射混合荧光，投射在三色荧光成像模块上；所述三色荧光成像

1 成果简介荧光与核素在体小动物成像系统是在国家 863 计划的支持下研制的世界首台小动物在体（活体）分子成像系统。该系统具有同时实现荧光断层成像与正电子发射断层成像(PET)的双模式信息融合分子影像检测功能，可以以 3D 方式显示活动物体内任何位置的特定细胞和分子事件。在该系统中，发展了旋转扫描式动物在体全景成像检测技术和断层扫描三维重建技术，有效解决了伽玛光子信息采集与荧光图像获取相互干扰的难题，同时提高了荧光的检测深度；通过研发的光子漫射理论逆向算法，提高在体检测的空间分辨率和空间定位精度，结合 PET 深层透视的优点，可以 3D 方式显示活动物体内任何位置的特定细胞和分子事件。目前拥有 12 项专利。 该平台采用荧光和核素双模标记的检测方法和技术，研究者可以在一次实验活动中同时获取荧光、 PET 及双模融合的多种数据，并进行分析，从而可以更好更为全面地理解疾病产生的机理，研究药物的作用机制，也可以分析疾病耐药的发生过程，以及药效的持续时间等。研究人员能够使用该系统实时监测活体动物内部器官、组织与细胞、基因蛋白分子等不同层面的动态变化信息，开展在体水平的生命科学与医学科研和应用研究工作。例如，研究肿瘤和癌细胞在体生长、分化、凋亡、转移、扩善，药物在细胞、组织、器官层面的输送、扩散、代谢与定点释放，药物作用下体内肿瘤或癌细胞的生长、凋亡变化，以及与各种疾病相关的分子、细胞、组织的动态变化情况。 （ 1） 肿瘤小鼠荧光图像 （ 2）荧光与 PET 断层图像 上图 荧光与 PET 双模成像 系统特点：荧光与 PET 同时双模成像；动物在体 360゜全景无遮挡扫描成像；支持常规荧光或 PET 成像，也可以采集双模数据；荧光活体成像超越常规的浅表成像，支持 FMT 及小动物深度组织的成像。2 应用说明应用领域：药物研发和筛选；病理机理与病毒研究；新一代分子影像药物研发；药物代谢过程， 基因治疗效果及药效评价。

        技术成熟度：技术突破         领域存在着景深影响效率的突出问题，本产品以高性能异构处理器为核心运算单元，以嵌入式手段通过视觉流与控制流的严格对位，高性能实时完成视频控制信息的结算，并直接输出电机驱动信号控制相关执行机构完成闭环控制。         本产品主要面向高性能伺服闭环控制的视频应用领域，能够显著提升显微工业自动化领域的视频对焦及对位处理的效率及精度，亦可实现宏观领域的视觉嵌入化控制闭环应用。         意向开展成果转化的前提条件：中试放大及产业化工艺开发资金支持

本发明公开了一种自聚焦物镜及微型荧光显微成像装置。所述 自聚焦物镜，包括自聚焦透镜和端面抛光的玻璃棒，所述端面抛光的 玻璃棒的一端面与所述自聚焦透镜的像方端面连接。所述荧光显微成 像装置，包括激发光源、聚焦透镜、二向色镜、所述自聚焦物镜、结 像透镜、以及面阵光电探测器；所述激发光源发出激发光经聚焦透镜 聚焦，透射在所述二向色镜上；所述二向色镜将经聚焦的激发光反射， 通过所述加长物镜透射在样品上；样品激发出的荧光，被所

本实用新型公开了一种用于荧光检测器的成像辅助调节焦距和位置系统，包括校准平台、聚焦于荧光收集物镜、激发光源、透镜、 二向色镜、长通滤光片、光电检测器、摄像装置和电脑，摄像装置通过铁架和光电检测器固装在一起，使该摄像装置成像的中心位置和光电检测器前方的小孔重合，所述长通滤光片位于光电检测器上方，在 长通滤光片上方设置二向色镜，其上方设置聚焦与荧光收集物镜，在聚焦与荧光收集物上方设置校准平台，校准平台上设置辅助光源，所述辅助光源的光线通过聚焦与荧光收集物镜、二向色镜、长通滤光片， 将微通道的像投射在光电

传统荧光指示剂以有机染料和量子点晶体等下转换发光材料为主，而本项目申报的上转换荧光纳米材料是一 种全新的荧光材料。现有基于荧光的成像、检测技术所使用的都是下转换发光材料，与其相比，上转换荧光材料和技术有显著优势：光学性能独特、背景噪音低、灵敏度高、 光学稳定性好。目前对此新型材料的关注越来越多，可在很多领域取代传统发光材料设计新的产品，具有很大的市场发展空间。 

本发明以超顺磁纳米四氧化三铁为载体通过配位键连接马根显 微，使其大幅提高了纵向弛豫效率(R1=62.58 Mm-1s-1)，比现在临床 用的马根显微(R1=8.14Mm-1s-1)增大了约 8 倍，引入荧光基团使其对 肝脏具有靶向性，是一种新型荧光示踪肝靶向纳米 MRI 造影剂。技术特点:荧光示踪，高弛豫效率。 主要指标:R1=62.58 Mm-1s-1

观测活细胞内生物大分子的动力学过程和信号小分子对生物大分子的调控作用对于探索生理病理新机制及疾病治疗新方法具有重要的科学意义。 我校物质科学与信息技术研究院张忠平课题组（张瑞龙、田肖和、韩光梅、刘正杰），针对上述关键科学问题，通过设计一系列多响应、多重定位的新型光学探针，实现了活细胞内信号分子对蛋白/酶活性的调控以及遗传物质动力学的分子影像分析，在理解细胞内生物分子动力学领域取得了重要科学发现。代表性进展主要包含：（1）气体信号分子对细胞内酶活性的调控； (2）膜穿透性碳点对活体内DNA和RNA结构及动力学的超分辨影像分析；（3）超分辨成像揭示活性氧调控线粒体核蛋白动力学；（4）超分辨STED和电镜关联成像对细胞微管蛋白超精细结构的分析。 上述进展解决了生物探针对细胞内多种组分和细胞器的特异性识别问题，不仅有效避免了荧光光谱的重叠，还同步结合电镜对生物大分子精细结构的进行研究，为我校双一流学科生物医学探针和成像方向再添新成果。