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纪念超分辨荧光显微镜获诺奖十周年 | Chemical & Biomedical Imaging 特刊推荐:亚衍射化学成像

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Chemical & Biomedical Imaging (《化学与生物医学影像》) 推出聚焦亚衍射化学成像的主题特刊,以展示该领域的最新进展,并纪念超分辨荧光显微镜获得诺贝尔化学奖10周年。


关于本期特刊

在过去十年中,突破光衍射极限的新型显微镜不断发展。例如突破红外成像衍射极限的红外光热显微镜,和实现传统显微镜上进行超分辨率荧光成像的膨胀显微镜。结构光照明显微镜 (SIM) 和单分子定位显微镜 (SMLM) 发展迅速。而受激辐射损耗显微镜(STED)的分辨率极限已推向了埃米级。与此同时,数据科学和人工智能 (AI) 被巧妙地应用在成像技术中,以打破传统显微镜图像记录中的衍射极限。这些创新实现了令人兴奋的应用,包括单粒子催化、活细胞内生物分子运输、细胞器的动态成像等等。


因此,本期特刊收录了一些近期亚衍射成像领域内的重要成果,并借此纪念超分辨荧光显微镜获得诺贝尔化学奖10周年。


特刊文章简介



EDITORIAL


The Evolution of Sub-diffraction Chemical Imaging from Nanoscale to AI 

亚衍射化学成像的发展:从纳米尺度到人工智能


Ji-Xin Cheng*, Tai-Yen Chen*, Peng Chen*


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REVIEW


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Advancements and Practical Considerations for Biophysical Research: Navigating the Challenges and Future of Super-resolution Microscopy

生物物理研究的进展与应用思考:超分辨率显微镜的挑战与展望

美国休斯顿大学的Tai-Yen Chen教授团队探讨了有效利用超分辨率显微镜(SRM)的关键:从选择合适的荧光染料、样品准备到复杂数据集的分析,并进一步探讨了最近的技术进步和方法改进,强调将SRM与其他分析方法结合,以克服固有局限并扩展生物学见解的范围,旨在帮助研究人员以更高的精度和清晰度探索复杂的生物过程,从而推动生物物理研究的发展。

Huanhuan Chen, Guangjie Yan, Meng-Hsuan Wen, Kameron N. Brooks, Yuteng Zhang, Pei-San Huang, and Tai-Yen Chen*

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REVIEW


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Subdiffraction Imaging of Cleared and Expanded Large-Scale Tissues

透明化和膨胀化大尺度组织的亚衍射成像

南京大学蔡平强副教授、韩晓冬教授和蒋青教授团队合作报道了膨胀显微镜 (Expansion microscopy, ExM) 在组织透明化和高分辨率成像方面的应用进展。作者首先探讨了组织透明化的基本概念和最新方法,并重点介绍了在提高分辨率、改善标记效率和确保各向同性组织膨胀方面取得的进展,最后对膨胀显微镜的发展前景提出了见解,并强调了机器学习在提高图像质量和自主提取数据方面的潜力。

Yawen Zhang, Weiyue Wu, Hongdou Shen, Juan Xu, Qing Jiang*, Xiaodong Han*, and Pingqiang Cai*

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REVIEW


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Insight into Single-Molecule Imaging Techniques for the Study of Prokaryotic Genome Maintenance

单分子成像技术在原核生物基因组稳定性维持研究中的应用

澳大利亚伍伦贡大学Lisanne M. Spenkelink和Stefan H. Mueller教授团队共同探讨了单分子成像技术用于原核生物基因组稳定性维持的分子机制研究。作者首先介绍了单分子成像技术的原理,随后介绍了如何利用这些单分子技术对DNA复制、转录、修复和重组等生物过程开展实时可视化,最后,展示了超分辨率显微镜方法所取得的成果,这些成果为了解细菌生物体内不同生物分子的空间分布提供了前所未有的见解。

Nischal Sharma, Antoine M. van Oijen, Lisanne M. Spenkelink,* and Stefan H. Mueller*

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REVIEW


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Tracing the Chromatin: From 3C to Live-Cell Imaging

染色质追踪:从 3C 到活细胞成像

美国阿拉巴马大学伯明翰分校的Hui-Ting Lee教授团队对染色质追踪成像方法及其在固定细胞和活细胞中的应用进行了介绍,总结了各种方法的优点和不足。作者认为染色质追踪方面的进展可用于阐明驱动整体染色质变化的机制、响应 DNA 损伤的变化、组蛋白修饰对染色质包装和分布的影响等。


Arianna N. Lacen and Hui-Ting Lee*

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PERSPECTIVE


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Advances in Super-resolution Stimulated Raman Scattering Microscopy

超分辨受激拉曼散射显微镜的进展

英国思克莱德大学Duncan Graham教授团队对基于受激拉曼散射(SRS)显微镜的超分辨成像领域发展进行了介绍。超分辨SRS能够在纳米尺度上实现多光谱、三维的细胞结构成像,使得生物结构、细胞相互作用和动态过程的细节观测达到了更高精度。目前实现超分辨SRS成像的方法主要包括光学工程技术、膨胀显微镜、去卷积图像分析等。本文综述了当前用于实现超分辨SRS成像的策略与技术,并展望了该领域的未来发展方向。

William J. Tipping*, Karen Faulds, and Duncan Graham*

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TECHNICAL NOTE


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In Depth Mapping of Mesoporous Silica Nanoparticles in Malignant Glioma Cells Using Scattering-Type Scanning Near-Field Optical Microscopy

使用散射型扫描近场光学显微镜对恶性胶质瘤细胞中的介孔二氧化硅纳米颗粒进行深度映射

英国帝国理工学院Chris C. Phillips教授团队介绍了散射型扫描近场光学显微镜(s-SNOM)用于准确显示介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNPs)在细胞内的摄取情况。s-SNOM结合了红外光谱的化学敏感性和扫描探针显微镜的纳米级空间分辨率。研究对人脑胶质瘤细胞中MSNPs的摄取进行了化学成像,并揭示了MSNPs的嵌入状态。

George E. Greaves*, Alessandra Pinna, Jonathan M. Taylor, Alexandra E. Porter, Chris C. Phillips*

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ARTICLE


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Developing Multichannel smFRET Approach to Dissecting Ribosomal Mechanisms

开发多通道smFRET方法以剖析核糖体机制

休斯顿大学王宇红教授团队开发了一种双FRET单分子Förste共振能量转移方法(dual-smFRET),该方法可以在10秒内观察单一复合物中tRNA动力学和延伸因子G(EF-G)的构象,以及二者之间的关联。并且基于该方法的装置具有多功能性,可容纳多达六对FRET,这为研究大型生物分子和各种生物系统提供了更广泛的应用前景。

Ran Lin and Yuhong Wang*

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阅读详情

休斯顿大学王宇红教授团队CBMI | 开发多通道单分子荧光共振能量转移(smFRET)方法剖析核糖体翻译蛋白质机制



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Molecular Fingerprinting of Mouse Brain Using Ultrabroadband Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) Microspectroscopy Empowered by Multivariate Curve Resolution-Alternating Least Squares (MCR-ALS)

多变量曲线分辨率-交替最小二乘法 (MCR-ALS)赋能的超宽带相干反斯托克斯拉曼散射 (CARS) 显微光谱技术进行小鼠大脑分子指纹识别

日本九州大学Hideaki Kano教授团队开发了一种基于MCR-ALS分析的超宽带多重CARS显微光谱技术,并成功将其应用于识别小鼠脑组织中脂类、蛋白质、水以及胆固醇、胶原蛋白和核酸的分子特征。鉴于生物分子的分子指纹在各物种之间的基本保留,该技术可作为生命科学各个学科无标记成像的重要工具。


Yusuke Murakami, Masahiro Ando, Ayako Imamura, Ryosuke Oketani, Philippe Leproux, Sakiko Honjoh, and Hideaki Kano*

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ARTICLE


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Cross-Correlation Increases Sampling in Diffusion-Based Super-Resolution Optical Fluctuation Imaging

通过互关联提高基于扩散的超分辨率光学波动成像的采样率

美国西储大学Lydia Kisley教授团队通过将交叉关联作为一种后处理计算技术,扩展荧光相关光谱超分辨率光学波动成像(fcsSOFI)分析,提取了纳米级结构中粒子扩散的动态和结构信息。该技术不但保持了与自相关具有相同的超分辨率性能,而且提高了采样率,减少了模拟和实验数据中空间信息的混叠,有助于更好的解析生物和软材料样品中的纳米级动态和结构。

Jeanpun Antarasen, Benjamin Wellnitz, Stephanie N. Kramer, Surajit Chatterjee, and Lydia Kisley*


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ARTICLE


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Low-Frequency Coherent Raman Imaging Robust to Optical Scattering

不受光学散射影响的低频相干拉曼成像技术

美国莫格里奇研究所Randy A. Bartels教授团队开发了一种新型多功能低频干涉脉冲刺激拉曼散射(ISRS)成像技术,该方法可适用于复杂散射样品高信噪比ISRS的光谱分析,有效解决了试样散射污染泵脉冲和阻碍拉曼光谱提取的弊端,为探索更多简化成像方法提供了新的思路。

David R. Smith, Jesse W. Wilson, Siddarth Shivkumar, Hervé Rigneault, and Randy A. Bartels*

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ARTICLE


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Cervical Cancer Tissue Analysis Using Photothermal Midinfrared Spectroscopic Imaging

利用光热中红外光谱成像分析宫颈癌组织

美国休斯顿大学电子与计算机工程系Rohith Reddy教授团队首次将高光谱光热中红外光谱成像(HP-MIRSI)应用于临床宫颈癌组织评估。作者通过采用数据采集、计算数据重建和机器学习算法应用的综合方法,对宫颈癌组织达到了95%以上的组织分割精度。与传统的活检和染色方法相比,HP-MIRSI无需复杂样本处理,快速、精准且成本更低,为宫颈癌诊断提供了一种更高效的替代方案。

Reza Reihanisaransari, Chalapathi Charan Gajjela, Xinyu Wu, Ragib Ishrak, Yanping Zhong, David Mayerich, Sebastian Berisha, and Rohith Reddy*

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ARTICLE


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Modeling the Thermoelastic Sample Response for Subdiffraction Infrared Spectroscopic Imaging

模拟热弹性样品响应用于亚衍射红外光谱成像

美国伊利诺伊大学香槟分校的Rohit Bhargava教授提出了一种分析模型,用于研究光热测量中样品的热弹性响应。该模型表明了次衍射数据的记录能力与激发光的调制频率、光学传感的限制以及辨别物体位置的潜力之间的依赖关系。这项基础性分析将有助于更好地建模、理解和利用吸收与样品响应之间的关系。

Seth Kenkel and Rohit Bhargava*

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期刊编辑及编委团队

Chemical & Biomedical Imaging由中国科学院院士、南京大学郭子建教授担任创刊主编,南京大学叶德举教授担任创刊执行主编,美国康奈尔大学的Peng Chen院士、法国波尔多大学Neso Sojic教授、以及美国宾夕法尼大学的Rong Zhou教授担任创刊副主编。编委团队包括来自中国、美国、瑞士、法国、德国、日本、澳大利亚等国家的56位顶尖学者以及54位优秀的青年编委。

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郭子建 院士

南京大学

Chemical & Biomedical Imaging主编


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叶德举 教授

南京大学

Chemical & Biomedical Imaging执行主编



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Peng Chen 院士

康奈尔大学

Chemical & Biomedical Imaging副主编


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Neso Sojic 教授

波尔多大学

Chemical & Biomedical Imaging副主编


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Rong Zhou 教授

宾夕法尼亚大学

Chemical & Biomedical Imaging副主编


关于Chemical & Biomedical Imaging

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Chemical & Biomedical Imaging 将聚焦单分子、单颗粒、单细胞成像以及新型分子影像探针和活体成像新技术、新方法。内容涵盖光学成像、质谱成像、扫描探针显微成像、磁共振成像、核素成像、成像探针和造影剂、用于原位成像的微流控和纳米流体平台、图像处理和数据分析工具等。发表主题包括:单分子成像,生物相互作用和界面的超分辨成像,单细胞超分辨成像,生物体内化学过程的实时可视化,组织器官和全身成像,分子影像探针与造影剂,医学影像技术,疾病诊疗新方法,化学反应与过程的超分辨成像,化学发光和电化学发光成像,纳米材料的分子尺度成像,用于成像的大数据、人工智能和机器学习等。期刊将发表原创论文、快报、技术说明、综述、展望、观点、以及多样化的短篇社评。

2025年12月31日前投稿的文章免收文章出版费(APC)

Chemical & Biomedical Imaging入选2022年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊。期刊目前已被PubMed Central, ESCI, Scopus, DOAJ, CAS, Portico等数据库收录。

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所有的稿件都将经过严格的、公平的、高效的同行评审,我们致力于以期刊的文章质量赢得读者的信任。如有任何疑问,请发送电子邮件至eic@cbmi.acs.org。

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Copyright © 2024 American Chemical Society


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