Smart Computational Imaging (SCI) Lab
智能计算成像实验室

成员介绍:

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 Prof. Yongtao Liu | 刘永焘

Professor at Nanjing Universityof Science and Technology(NJUST)

Office: A562,School of electronicand optical engineering(EOE),NJUST

E-mail: Yongtao.Liu@njust.edu.cn

‍ Group Leader

组长简介:

      刘永焘教授,南京理工大学国家级海外高层次引进人才,江苏省特聘教授。刘教授于2020年获得悉尼科技大学博士学位,先后在挪威国家纳米中心,悉尼科技大学数学与物理学院金大勇院士团队学习和工作,2022年初回国加入南京理工大学电光学院智能成像实验室,被聘为青年教授。其主要从事现代光学成像(超分辨光学成像和多光子成像等)、纳米光子学、纳米传感和表征及相关技术在生物医学方面的应用。近年来先后在 Nature Communications, Nature Nanotechnology, Nature Photonics, Advanced Materials, Advanced Science, elight, Small, ACS Nano, Nano Letter等国际权威学术期刊发表文章二十余篇。主持国自然面上项目、国家173基础加强项目、南京市创新人才项目等,参与基金委重点研发项目。多次受邀国际学术报告,担任中国激光杂志第三届青年编委,同时担任 《激光与光电子学进展》 青年编委。曾获得江苏省光学工程第九届“江苏省光学学会青年光学科技奖”。


Googlescholar: https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=fxwk6xkAAAAJ

ResearchGate: https://www.researchgate.net/profile/Yongtao-Liu-4



wu.pngHongjun Wu | 吴洪军

Teacherat Nanjing University of Science and Technology(NJUST)

E-mail:wuhongjun2022@njust.edu.cn

‍Teacher


教师简介:

       吴洪军,讲师,博士就读于北京协和医学院(清华大学医学部)。从事激光医学的基础和应用研究,主要致力于显微成像在生物医学中的应用研究,实现类器官、细胞器亚细胞结构与功能分析。先后在ChineseChemical Letters 、IEEEAccessLasersin Medical Scinence等国际权威学术期刊及核心期刊发表学术论文多篇。

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研究方向:

一、基于Light-Sheet实现类器官实时3D超分辨成像

        光片荧光显微(Light-SheetFluorescenceMicroscopyLSFM),也被称作选择平面照明显微(SPIM或正交平面荧光光学切片显微术(OPFOSM),能够实现三维快速体结构成像,是一种新型的三维显微成像技术。

       光片成像的特点是有两个光路,第一个光路是照明光路,主要用于生成光片对样品进行激发形成荧光。因为光片是对一个面而且每次只对某单独的一个面进行激发,所以能够显著提高对比度并且减少光毒性和光漂白对样品的影响;第二个光路是探测光路,探测光路主要是对激发的荧光进行收集,并通过探测器采集生成图像,同时利用变焦透镜或者压电平移台来进行三维成像。


二、基于dSTORM实现纳米级别超高分辨率成像

         单分子定位显微成像技术(Single Molecule Localization MicroscopySMLM是通过调控荧光分子的发光数量使得衍射受限区域内的荧光分子彼此分开,然后定位彼此分离的单个荧光分子来重建超分辨图像, (f)PALM/(d)STORM原理均为SMLM。因此理论上来说,d)STORM的成像分辨率可以无限小,在实验过程中因定位精度影响,目前(d)STORM可以达到的极限分辨率为10nm左右。


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        目前实验已经得到较好的TIRF成像结果,采用TIRF照明可以很大程度上减少背景噪声的影响,这对于STORM来说是很有必要的。我们还对STORM图像重建过程进行了模拟仿真,结果如下。

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三、基于Two-photon microscope实现快速超分辨率成像

        双光子荧光显微镜是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术。双光子激发的基本原理是:在高光子密度的情况下,荧光分子可以同时吸收 2 个长波长的光子,在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后,发射出一个波长较短的光子。双光子激发需要很高的光子密度,为了不损伤细胞,双光子显微镜使用高能量锁模脉冲激光器。


双光子荧光显微镜的优势:

长波长的光受散射影响较小,成像深度深;
焦平面外的荧光分子不被激发;
长波长的近红外光光毒性更小;

        所以,双光子系统本就是一个天然的共聚焦系统,与单光子显微镜相比更适合用于厚标本活细胞成像,或用于定点光漂白实验。

        我们的双光子系统为开放式系统,可以与Light Filed结合,通过层析技术实现高速三维体积成像,也可以通过VPP的加入实现STED成像,开放式的系统灵活多变,可以满足各类成像需求。


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研究成果:

成果一:片上镜增强多光子上转换超分辨率显微镜

ü上反射镜设计,通过局部电磁场干扰提高激发效率

ü激发功率降低十倍,减少光毒性影响

ü单纳米颗粒成像中实现35nm的横向分辨率。

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c00763

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成果二:受控的能量转移上转换受激辐射超分辨

ü 使用上转换纳米颗粒作为荧光探针
ü构建基态关联的动态交叉驰豫能量传递
ü实现了基于高阶非线性共聚焦超分辨下的受激辐射超分辨成像,其分辨率可以达到33nm

原文链接:DOI: 10.1002/advs.202205990

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成果三:红外深组织类组织器官细胞超分辨

ü首次结合无衍射光束和红外探针,实现了类器官55um深的衍射极限内超分辨成像,成像分辨率小于100nm

ü首次实现了以交叉弛豫能量传递为基础的的受激辐射超分辨技术,实现了目前世界上分辨率最高的USTED分标率达到19.34nm

ü以第一作者发表在Small封面文章上。


成果四:异构编码的多通道多模态超分辨成像技术

ü首次实现受激辐射超分辨技术与多能级镧系的有效结合,实现了216种编码解析超分辨技术;

ü实现在衍射极限(200nm以内四个光学维度的多模态。



成果五:“数字化”量化单个外泌体表面肿瘤标志物

ü首次实现了对单个外泌体肿瘤标志物的定量标记和特异性识别检测;

ü实现了对肿瘤标志物超灵敏定量检测,比标准的酶联免疫吸附试验(ELISA)高出三个数量级;

ü利用上转换荧光纳米探针的非线性饱和特性,实现了46nm的超分辨成像结果;

ü该成果以共同第一作者的身份发表在eLight2022上。



成果六:远场转移的实时超分辨示踪成像技术

ü首次发现单纳米颗粒的近场自干涉效应;

ü开发了远场转移的自干涉超分辨3D示踪成像技术,该技术突破衍射极限的限制,首次实现了实时超分辨示踪,是目前世界上速度最快,精度最高(sub_1nm

ü可达亚纳米级别的实时超分辨示踪成像技术。该成果以第一作者的身份发表在NatureCommunication2021上。



生物实验室建设:

超净间生物培养实验室

        目前,超净间生物培养实验室已正式投入使用,室内光线充足,配套设施完整,配有标准的通风柜实验台、恒温箱、离心机、水浴锅等基础设备,以及多台高精度光学显微镜,配备了完整的实验材料和工具,为实验室师生提供了良好的生物科学实验环境。


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