亚纳米分辨率成像新突破|新国大苏研院黄志伟团队发表最新科研成果

近日，新加坡国立大学苏州研究院生物医疗与健康科技创新平台高级研究员黄志伟及团队成员在超分辨成像领域取得重要突破,最新研究成果发表在《Nature》子刊中极具影响力的光学类期刊《Light: Science & Applications》上。该团队创新性地将高阶涡旋光束引入最小光通量（Minimal photon fluxes, MINFLUX）成像技术，极大提升了超分辨成像系统的定位精度和视场范围，从而进一步突破了传统光学成像的分辨率极限。

研究背景

近年来，超分辨成像技术在生物医学领域取得了显著进展，其中MINFLUX成像技术的创新尤为突出。该技术融合了受激辐射损耗（Stimulated emission depletion, STED）与单分子定位原理，通过空芯光束激发荧光分子，在低照明通量下实现纳米级精确定位。MINFLUX技术自2017年提出以来，凭借其亚纳米级分辨率的卓越性能，迅速成为生物医学观测的重要工具。然而，传统MINFLUX系统依赖一阶涡旋光束生成环形激发光斑，其分辨率受限于光场中心区域的近二次强度分布特性。为实现更高精度的单分子定位，亟需对MINFLUX系统的光学传递函数进行更精细的调控与优化，突破现有技术的分辨极限。

研究结果

研究团队创新性地将高阶涡旋光束引入MINFLUX超分辨成像系统，并首次揭示了其对成像性能的提升机制。高阶涡旋光束以其多重螺旋相位结构和高阶轨道角动量特性，在相位奇点附近产生高度非线性的光强分布，从而形成具有高阶非线性特征的点扩散函数。理论分析与计算结果表明，这种新型点扩散函数可显著增强单分子定位的灵敏度，在同等光子数和信噪比条件下，能将单分子定位不确定度降低达30%，为突破现有超分辨成像精度极限提供了新范式。

▲高阶涡旋光束增强MINFLUX定位精度

应用前景

本研究成功证实了高阶涡旋光束可以显著提升MINFLUX超分辨成像系统的性能。这一突破不仅拓展了涡旋光束在光学成像领域的应用边界，更为分子尺度的生物医学研究提供了重要的技术支撑，促进了细胞动态过程观测、蛋白质互作解析等前沿研究的深入开展。从技术发展角度来看，本研究开创的超分辨成像新范式，为下一代光学显微技术的创新与进步提供了新的思路。未来，通过进一步优化光束调控策略和系统集成方案，该技术有望在活体超分辨成像、纳米药物递送监测等生物医学关键领域实现更广泛的应用，推动纳米尺度生命科学研究。