摘要：在自然界中，三角形是最基础与最稳定的二维结构，而六边形则代表了空间最优解。然而在光学领域，传统结构光超分辨显微镜（2D-SIM）虽能突破光学衍射极限，但其工作原理如同“缓慢拼图”：通过杨氏双缝干涉得到一维条纹，从而实现一维的分辨率提升；进一步，如果需要二维分辨

在自然界中，三角形是最基础与最稳定的二维结构，而六边形则代表了空间最优解。然而在光学领域，传统结构光超分辨显微镜（2D-SIM）虽能突破光学衍射极限，但其工作原理如同“缓慢拼图”：通过杨氏双缝干涉得到一维条纹，从而实现一维的分辨率提升；进一步，如果需要二维分辨率提升，则将该一维条纹旋转正负60度，从而获得三个方向的超分辨信息。然而，这种多次曝光的模式不可避免地产生信息冗余，降低了成像效率，并带来额外的光漂白，且调制方向之间并不连续，从而限制了成像速度与对快速动态过程的捕捉能力。因此，发展一种兼具超高速、低光毒性和高灵敏度的结构光照明显微成像方案，已成为亟需突破的关键方向。

3I-SI创新性地采用三角光束干涉实现二维晶格调制，单次曝光下即可同时扩展二维高频信息，仅需7帧原始图像即可完成重建，从而有效减轻采集过程中的光漂白影响。二维晶格调制模式的单向相移特性，避免了传统2D-SIM中一维条纹调制所需的多方向旋转过程，并减少了因部分频谱重复采集而造成的信息冗余。同时，该设计还消除了滚动重建中的图案方向匹配机制，摆脱了对同向条纹图案的依赖，使3I-SIM在单帧滚动重建策略下可实现最高1697 Hz的成像帧率。进一步地，研究团队系统分析了偏振方向对调制能力的影响，突破了常规角向偏振的框架限制，创新性地提出径向偏振策略，将高频信息的调制能力提升至与传统2D-SIM相当的水平，并结合自主研发的高鲁棒性物理重建算法，显著增强了系统的抗噪性能。

3I-SIM具备更温和且高速的活细胞细胞器成像能力。研究团队在HUVEC细胞中对肌动蛋白丝进行成像，在1 Hz下连续采集超过6000帧，展现出稳定的长时程成像性能。在高速模式下，3I-SIM可实现1697 Hz的滚动重建帧率，能够捕捉内质网环状结构闭合过程中的瞬时波动。依托其超高的时空分辨率，3I-SIM还可实现高质量的多色成像，揭示内质网与晚期内体/溶酶体及微管在接触、重构和动态调节过程中的精细相互作用。

为突破弱信号成像的限制，研究团队将物理先验与深度学习相结合，开发了3I-Net算法，在光子受限条件下实现了超高的检测灵敏度，并显著提升了3I-SIM的重建质量。该技术能够清晰呈现内质网小环的快速变化与长时程形变，并在极低光剂量下实现对神经元生长锥长达13小时的连续追踪，捕捉到其伸展、停顿、转向与回缩等精细动态过程，为探索神经元的发育与修复机制提供了有力工具。

在哺乳动物细胞中，已有研究报道肌动蛋白丝与内质网之间存在相互作用，但其具体的时空动态特征仍缺乏系统解析。得益于3I-SIM的高时空分辨率，研究团队首次直观捕捉到ER相关肌动蛋白的快速动态变化。分析表明，ER与肌动蛋白丝的接触位置不断改变，部分接触仅维持数十毫秒，体现出这种互作的瞬时性与高度动态性。该发现揭示了ER与肌动蛋白丝精密的相互作用模式，并为解析细胞内活动机制提供了新的视角。

3I-SIM通过软硬件的协同优化，实现了更温和、更快速的超分辨成像，为活细胞成像带来关键性突破，展现出解析百纳米尺度亚细胞动态过程的强大能力，为生命科学研究提供了有力支撑。该技术已同步开源，团队开放涵盖硬件设计、软件控制、重建算法及深度学习模型在内的完整资源包，并配套提供数据集。3I-SIM系统可在常见2D-SIM平台上灵活升级，有效降低技术门槛，为更多科研团队开启进入新一代活细胞超分辨成像的通道。

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来源：凯视迈精密测量