Sparse deconvolution improves the resolution of live-cell super-resolution fluorescence microscopy

反褶积 分辨率(逻辑) 显微镜 显微镜 图像分辨率 光学 荧光显微镜 纺纱 时间分辨率 荧光 材料科学 超分辨显微术 物理 人工智能 计算机科学 复合材料
作者
Weisong Zhao,Shiqun Zhao,Liuju Li,Xiaoshuai Huang,Shijia Xing,Yulin Zhang,Guo‐Hua Qiu,Zhenqian Han,Yingxu Shang,De‐en Sun,Chunyan Shan,Runlong Wu,Lusheng Gu,Shuwen Zhang,Riwang Chen,Jian Xiao,Yanquan Mo,Jianyong Wang,Wei Ji,Xing Chen,Baoquan Ding,Yanmei Liu,Heng Mao,Bao‐Liang Song,Jiubin Tan,Jian Liu,Haoyu Li,Liangyi Chen
出处
期刊:Nature Biotechnology [Springer Nature]
卷期号:40 (4): 606-617 被引量:191
标识
DOI:10.1038/s41587-021-01092-2
摘要

A main determinant of the spatial resolution of live-cell super-resolution (SR) microscopes is the maximum photon flux that can be collected. To further increase the effective resolution for a given photon flux, we take advantage of a priori knowledge about the sparsity and continuity of biological structures to develop a deconvolution algorithm that increases the resolution of SR microscopes nearly twofold. Our method, sparse structured illumination microscopy (Sparse-SIM), achieves ~60-nm resolution at a frame rate of up to 564 Hz, allowing it to resolve intricate structures, including small vesicular fusion pores, ring-shaped nuclear pores formed by nucleoporins and relative movements of inner and outer mitochondrial membranes in live cells. Sparse deconvolution can also be used to increase the three-dimensional resolution of spinning-disc confocal-based SIM, even at low signal-to-noise ratios, which allows four-color, three-dimensional live-cell SR imaging at ~90-nm resolution. Overall, sparse deconvolution will be useful to increase the spatiotemporal resolution of live-cell fluorescence microscopy.
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