单分子定位显微镜（SMLM）技术自问世以来，以其纳米级分辨能力在生物学研究中展现出巨大潜力，但深度成像始终是技术瓶颈。研究团队提出了一种名为soSMARt的创新解决方案，通过结合自适应光学、单目标光片显微镜和微加工设备，实现了深度体积SMLM成像。soSMARt技术利用集成45°微镜和荧光基准标记的智能设备，在实时校正光学像差和机械漂移的同时，支持全细胞尺度乃至复杂组织的纳米级三维重建。该技术不仅提升了成像分辨率和稳定性，还通过自动化流程大幅缩短了采集时间，为生物医学研究提供了新工具。实验结果表明，soSMARt在核膜、线粒体网络和膜受体成像中取得了横向分辨率达7.0纳米、轴向分辨率40.5纳米的优异性能，并成功应用于3D细胞培养模型，标志着SMLM技术向深度、定量化迈出关键一步。

本论文的重要发现者包括Marine Cabillic、Hisham Forriere、Laetitia Bettarel、Corey Butler、Abdelghani Neuhaus、Ihssane Idrissi、Miguel Edouardo Sambrano-Lopez、Julian Rossbroich、Lucas-Raphael Miller、Jonas Ries、Gianluca Grenci、Virgile Viasnoff、Florian Levet、Jean-Baptiste Sibarita和Rémi Galland。他们的合作研究成果以《In-depth single molecule localization microscopy using adaptive optics and single objective light-sheet microscopy》为题，于2025年9月在《Nature Communications》期刊上在线发表。

重要发现
soSMARt技术的核心在于解决了深度SMLM成像中的三大挑战：光学像差、机械漂移和体积重建难题。通过自适应光学系统，研究人员首先量化了深度依赖的像差效应。实验显示，当成像深度超过10微米时，球形像差会线性增加，导致点扩散函数变形，进而影响定位精度。为此，团队开发了基于Zernike模式的3N校正算法，利用微设备中嵌入的荧光纳米钻石作为基准点，在成像深度实时校正像差。这一过程结合了60纳米均方根值的像散诱导，优化了三维定位的斜率曲线，确保轴向定位精度在40纳米以内。值得注意的是，校正后像差对定位的影响降低了21%，显著提升了重建质量。

实时漂移校正是soSMARt的另一大突破。由于单目标光片显微镜的独特结构，任何横向漂移都会导致激发光片与检测平面错位。团队开发了SMARtrack软件，通过跟踪微设备中均匀分布的纳米钻石标记，实现纳米级的三维反馈循环漂移校正。实验数据显示，校正后的残留漂移精度达到横向6.4纳米、轴向12.9纳米，优于传统完美对焦系统。这种主动校正机制允许长达数小时的稳定采集，为体积成像奠定了基础。在核膜成像实验中，通过DNA-PAINT技术采集30,000帧图像，耗时50分钟，最终重建出297,736个定位点，傅里叶环相关分析显示径向分辨率达31纳米。

深度学习加速成像进一步拓展了soSMARt的应用边界。通过集成DECODE算法，团队将成像时间缩短了一个数量级。在核膜实验中，仅用1.5小时就完成了20个平面的采集，生成186万定位点，分辨率达42纳米。尽管出现了网格伪影，但傅里叶滤波有效抑制了干扰。这种高密度定位策略为大规模筛查提供了可能，尤其适合动态生物过程研究。

在复杂样品成像中，soSMARt技术展现了适应性。以HepG2癌细胞球体为例，利用JeWells设备进行三维培养，并通过光片照明实现了30微米深度的SMLM成像。重建后的核膜厚度测量为138纳米，虽然当前设备尚不支持全深度基准标记集成，但通过跨相关校正仍获得了54纳米的分辨率。多视角照明潜力为未来扩大视场指明了方向。

创新与亮点
soSMARt技术的创新性首先体现在其多模态集成策略上。传统SMLM依赖TIRF或HILO照明，局限于近盖玻片区域，而soSMARt通过单目标光片显微镜（soSPIM）架构，将激发光片经45°微镜反射至样品深度，实现了光学切片与高数值孔径收集的兼顾。这种设计突破了多目标光片系统的机械限制，使成像深度扩展至40微米以上。更重要的是，微加工设备中嵌入的荧光基准标记不仅为像差校正提供了参考，还通过SMARtrack软件实现了实时三维漂移校正，将长期采集的稳定性提升至纳米尺度。这种“智能显微镜”理念将硬件与算法无缝结合，为自动化成像树立了新标准。

在光学工程层面，soSMARt的创新在于深度依赖像差的动态校正。团队首次系统量化了水浸物镜下的像差变化规律，发现球形像差随深度线性增加（斜率0.031弧度/微米），并通过自适应光学系统实时补偿。相较于传统方法仅在盖玻片表面校正，soSMARt在样品深度直接优化点扩散函数，使像散定位的斜率恢复至理想状态。这一技术不仅提升了定位精度，还避免了重建伪影，如球形像差导致的“回声”效应。此外，通过可变形镜面实现像散诱导与校正的一体化，简化了系统复杂度，提高了实用性。

soSMARt的亮点还体现在其生物医学应用的广度上。在单细胞层面，技术成功应用于核膜、线粒体网络和膜受体的纳米级定量分析。例如，对Jurkat T细胞PD-1受体的簇分析揭示了其在细胞表面的均匀分布，为免疫治疗研究提供了新见解。在三维细胞培养模型中，soSMARt与JeWells设备结合，首次实现了球体内部的超分辨率成像，尽管样品散射和像差挑战更大，但光片照明的高光子收集效率保证了信噪比。这种兼容性预示着技术在组织工程和个性化医疗中的潜力。

总结与展望
soSMARt技术通过融合自适应光学、单目标光片显微镜和智能微设备，成功突破了深度SMLM成像的瓶颈，实现了纳米级分辨率的体积重建与定量分析。其在像差校正、漂移控制和自动化采集方面的创新，为细胞生物学和发育生物学研究提供了强大工具。未来，技术有望进一步优化样品诱导像差校正策略，并扩展至活体动态成像，推动超分辨率显微镜在精准医疗和药物筛选中发挥更大作用。随着算法与硬件的持续迭代，soSMARt或将成为连接纳米世界与宏观生物系统的桥梁，开启三维超分辨率成像的新纪元。