结构光照明显微成像技术 (Structured Illumination Microscopy , SIM) 提出于1999年 (Heintzmann and Cremer 1999, Gustafsson 2000)，是一种运用结构光照明生物样本，通常为排布方向、初始相位均可调的周期性条纹，将空间高频信息(对应样本细节)调制到低频信息中从而被图像获取并重建出来，由此实现超衍射极限分辨率(超分辨)的显微成像技术。本稀疏算法超分辨显微成像系统便是应用上述技术的荧光显微成像系统，可实现亚细胞器水平、高灵敏度、高动态跟踪的超分辨活体成像，例如观测囊泡分泌、线粒体嵴活动等生物学过程 (Jakobs and Wurm 2014, Yuan, Liu et al. 2015)。它是科研人员观测和分析细胞内动态活动的重要工具和手段。

　　南京脑观象台超分辨活细胞平台搭建了我国科学家自主开发的超灵敏结构光超分辨显微成像系统(以下简称“超分辨系统”，HiS-SIM)，依托于创新的显微光学系统和重建算法软件，可在活细胞中实现突破光学衍射极限的超高分辨率观测，实现实时观测细胞内的囊泡分泌追踪、线粒体内嵴变异、内质网形态变化等过程，可确保在亚细胞器水平上的低毒性、多通道、长时程、高速成像。也有望替代传统的宽场荧光显微镜以及共聚焦显微镜，为基础生物学研究和临床医学研究提供强大的活细胞超分辨成像工具，推动细胞器相互作用、形态变化、定量成像等前人无法在活细胞内实现的动态观测研究进入可视化时代。其成像灵敏度和成像速度超越现有国际主要垄断竞争厂家(Zeiss、Nikon、GE)的产品。

　　这项成果发表于杂志《自然·生物技术》(Nature Biotechnology)，被同行评述为“最灵敏的结构光超分辨率显微镜”，且获得2018年中国光学十大进展。

　　HiS-SIM超分辨系统相比其他超分辨技术的成像对比结果如图1所示，可看出同一细胞器的空间分辨率的差异,并且软件重构后效果的进一步提升(图2)。

图1 超分辨系统在活细胞内的线粒体内嵴成像与STED、STORM结果对比	图2 进一步使用超分辨软件Sparse处理的成像结果

　　本超分辨系统是目前世界上活细胞中更快、更灵敏、成像时间更长的超分辨荧光显微镜，因此可作为高端通用成像工具广泛应用于生物医学、生物制药、临床病理检测等行业领域中，能够对不同条件下的活细胞开展不同目的成像观测。

　　超分辨系统在临床上可以在亚细胞器水平上进行疾病检测及表型测试，目前超分辨系统已与部分研究单位合作，与北京大学第一医院合作在佩梅病人成纤维细胞上的成像结果可以看出线粒体形态和动态与正常人的差异，如图3所示。与宣武医院合作在帕金森综合征病人与正常人iPSC分化神经元上同样可在表型上看出线粒体的差异性，如图4所示。

图3 正常人和佩梅病人分离出来的成纤维细胞内线粒体形态和动态不同	图4 病人iPSC分化神经元上测试表型及精准药物治疗手段