近日，我院生物医学光子学研究中心博士生张仁龙同学在国际顶级纳米光学与材料期刊《Nano Letters》（影响因子9.6，中科院一区TOP期刊，Nature Index期刊）发表了题为“Dual-Bessel-Beam Stimulated Emission Depletion Microscopy for Super-resolution Volumetric Projection Imaging of Lipid Droplet Dynamics” 的研究论文。该研究提出了一种基于双贝塞尔光束的受激辐射损耗（DB-STED）显微成像方法，突破传统STED超分辨成像在体积成像中的技术瓶颈，实现了高通量的超分辨体积投影成像。张仁龙博士生为论文第一作者，屈军乐教授和北京大学席鹏教授为该论文的通讯作者，深圳大学为第一完成单位和通讯作者单位。

光学显微成像是生命科学研究的重要工具，但受衍射极限影响，传统显微镜难以解析纳米级细胞结构。STED显微镜是当前超分辨显微技术的重要手段之一，能够将分辨率提升至几十纳米。然而，传统STED成像依赖高功率点扫描方式，面临成像速度慢、体积成像效率低、光漂白严重等问题，难以满足活细胞中脂滴动态等生物学过程的高效成像需求。基于具有长焦深特性的贝塞尔光束激发的体积成像技术在信息通量获取方面有巨大的潜力，但是它依旧受到光学衍射极限的影响导致成像分辨率差，并且在高数值物镜聚焦的条件下旁瓣能量较强从而影响成像信噪比，因此为了解决传统STED超分辨成像技术体积成像速度慢，信息通量低和体积成像技术分辨率低和信噪比差等问题，本研究开发了一种基于双贝塞尔光束的双光子激发超分辨体积投影成像技术。

图1.DB-STED的光路及原理示意图

本研究创新性地引入双贝塞尔光束，结合双光子激发，突破传统STED在信息通量获取方面的局限，也解决了基于长焦深贝塞尔光束激发的体积成像衍射受限导致的分辨率低等问题，实现高通量、超分辨的体积投影成像。本研究采用零阶贝塞尔光束作为激发光，一阶空心贝塞尔光束作为耗损光，在空间和时间上精准对准，获得在轴向景深内所有的超分辨荧光信号，可以实现对整个细胞内脂滴动态的超分辨率成像。

本工作的创新点主要体现在以下几个方面：

1.超高分辨率：通过优化贝塞尔光束的轴向分布，本方法在10μm的景深范围内实现了69 nm的横向分辨率，相比传统体积成像方法显著提升了成像分辨率。

2.高信息通量获取：采用双贝塞尔光束体积投影方式，可在单次扫描内获取整个体积信息，与传统STED需要逐层扫描不同，该方法信息采集效率提升至20倍。

3.生物应用价值：该方法成功用于整个活细胞脂滴运动的超分辨动态监测（如图2），揭示了细胞内所有脂滴的空间分布、动态融合及运输机制，为脂代谢相关疾病的研究提供了全新的技术手段。

图2.监测整个细胞内脂滴的分布，转运等动态活动

本研究提出的DB-STED显微方法，成功解决了传统STED和体积成像中在成像信息通量和成像分辨率的局限性，为高通量、超分辨的生物影像研究提供了全新的技术方案。未来，该方法可广泛应用于神经信号传递、细胞器动态、活细胞超分辨成像等生物医学研究领域，助力深入解析生命过程的微观机制。

张仁龙同学还获得我校首批国家自然科学基金青年学生基础研究项目（博士研究生）的资助。本研究得到了国家自然科学基金、深圳市科技计划等项目的资助。

论文信息：

Zhang, R., Zhou, H., Wang, C., Weng, X., Liu, L., Xi, P., & Qu, J. (2025).Dual-Bessel-Beam Stimulated Emission Depletion Microscopy for Super-resolution Volumetric Projection Imaging of Lipid Droplet Dynamics.Nano Letters. DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04867

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.4c04867