OUR RESEARCH

研究领域:生物医学光学,主要从事基于微纳光学技术的细胞成像与控制研究,包括超分辨光学成像及其生物医学应用、光刻细胞图案化、微流控生物芯片检测、图像处理与分析等生物光学交叉领域的科学研究。

1)利用先进光学成像技术(如超分辨成像技术)在亚细胞水平研究细胞骨架精细结构变化、细胞膜蛋白精准时空组织特性等; 2)利用先进细胞体外控制手段(如光刻技术、微流控技术、微操作技术)在单细胞水平或者多细胞水平研究细胞间相互作用、骨架调控机制、迁移特性及细胞间通讯特性等。

【1】利用和发展超分辨光学成像技术(随机光学重建显微术,STORM),研究红细胞骨架、肿瘤免疫逃避相关膜蛋白组织特性等前沿生物学问题。

         一百多年前德国物理学家Abbe指出由于光的波动性和衍射效应,使得远场成像系统横向分辨率存在约200 nm的极限,导致人们无法有效观测纳米尺度的生命现象。这一限制终于在21世纪初被打破,诞生了两大类超分辨荧光显微成像技术:1)基于激发光源改造(也称点扩散函数工程,Point-Spread-Function engineering,PSF engineering)技术的受激发射损耗显微术(STimulated Emission Depletion microscopy, STED)和结构光照明显微术(Structured Illumination Microscopy, SIM);2)基于单分子定位技术的光激活定位显微术(Photo-Activation Localization Microscopy, PALM)和随机光学重建显微术(STochastic Optical Reconstruction Microscopy, STORM)。这些超分辨成像技术使得远场成像横向分辨率轻松达到了百纳米以下,进而大大丰富了显微镜对细胞微纳结构与功能的研究。

   2014年瑞典皇家科学院宣布将诺贝尔化学奖授予了Eric Betzig、Stefan Hell以及William Moerner三位科学家,以表彰他们在“发展超高分辨荧光显微镜”上的贡献。

   目前我们已经搭建一套先进的STORM超分辨成像系统,横向分辨率达到25nm,纵向分辨率50nm。基于该系统主要对红细胞和小胶质细胞骨架展开相关研究。

                                                        自组搭建的STORM超分辨成像系统

                                                       细胞微管的超分辨图像与普通显微成像

                                                          细胞线粒体的超分辨图像与普通显微成像

【2】依靠先进的光刻技术,a)在基底上实现细胞分布的图案化控制,实现细胞间通讯模型化、参量可控化的定量研究,探索多细胞体系如免疫细胞间协同相互通讯过程;b)实现细胞形态的多样控制,探究细胞骨架变化及调控机制。

                                                                      光刻图案化流程

                                          基于光刻图案化技术的细胞胞间钙波传递方向的控制

                                                                              基于光刻图案化技术的细胞间钙波通讯的中继站效应

                                                                             基于光刻图案化技术的细胞形态控制及骨架变化特性

【3】基于微流控技术,发展微型芯片检测技术,如研究红细胞变形性,为精准医疗和家庭化血液检测提供新颖解决方案。

                                                                        微流控芯片

【其他】基于倒置显微镜系统,发展单细胞水平的光辐照技术,定量研究紫外光对血细胞等的影响,为临床上合理有效使用紫外线照射自血回输疗法以及深入认识太阳紫外光对人体健康影响提供新的思考视角。

                                                                                      基于倒置荧光显微镜的紫外辐照系统

                                                          紫外辐照(红色圆圈)可有效保护红细胞形态,抵抗纯水的裂解作用