超级分辨率显微镜技术近年来在生物医学研究中扮演着越来越重要的角色，但传统方法往往受限于复杂的硬件配置、低通量或繁琐的后处理过程。2025年发表在《Nature Communications》上的论文《Real-time, high-throughput super-resolution microscopy via panoramic integration》提出了一种创新技术——超级分辨率全景集成（SPI），它通过多焦点光学重缩放、高内容样本扫描和同步线扫描读出，实现了实时、高通量的亚衍射极限成像。SPI技术不仅将分辨率提升至传统衍射极限的两倍（约120纳米），还能在保持常规设置的基础上，实现无扰动的连续成像，适用于大规模细胞种群分析。这项技术为细胞生物学、病理学和大规模诊断提供了实用工具，突破了光学和计算限制。

本论文由Kyungduck Yoon、Hansol Yoon、Kidan Tadesse、Zhi Ling、Biagio Mandracchia、Sayantan Datta、G.Ozan Bozdag、Anthony J. Burnetti、William C. Ratcliff和Shu Jia共同完成。于2025年10月在《Nature Communications》上在线发表。

重要发现
01SPI技术原理与系统表征
SPI技术的核心在于将光学光子重分配、高内容样本扫描和同步时间延迟集成（TDI）读出相结合，形成一个简化的epi-fluorescence显微镜系统。该系统通过同心排列的微透镜阵列在照明和检测路径上收缩点扩散函数（PSF），从而在不损失光子的情况下将分辨率提升2倍，超越衍射极限。与传统基于像素重分配的方法不同，SPI避免了复杂的扫描硬件和大量后处理，通过TDI传感器实现线扫描读出与样本运动的实时同步，确保成像过程的连续性和即时性。

进一步通过非迭代快速Wiener-Butterworth（WB）反卷积处理，SPI实现了完整的2倍分辨率提升（约110纳米），处理速度比传统Richardson-Lucy反卷积快40倍（低至10毫秒），特别适合高通量图像分析。在荧光点发射器测试中，SPI的即时TDI读出产生了152±13纳米的半高全宽（FWHM），明显优于传统宽场图像的292±29纳米，验证了其亚衍射极限性能。

通过对超过8万个细胞的人口分析，SPI准确量化了红细胞（93.1%）、血小板（6.8%）和白细胞亚型（中性粒细胞49.3%、淋巴细胞38.8%、单核细胞11.9%），结果与标准血液学参考值高度一致。

在雪花酵母（Saccharomyces cerevisiae）的多细胞进化研究中，SPI进一步展示了其高可扩展性。通过标记不同进化时间点的细胞组件（如PDC1、内质网和HSC82），SPI以超过10千赫兹的线读出速率（92500平方微米/秒）生成即时亚衍射极限图像，覆盖毫米级视场而不失真。

定量分析显示，在1000天的进化过程中，酵母细胞的平均长宽比从1.30增加至3.28，模块大小从30.7微米增长至87.1微米，揭示了细胞形态和附着模式的协同进化，为多细胞生物学研究提供了高精度数据集。

创新与亮点
SPI技术的主要创新在于突破了传统超分辨率显微镜的多个难题。首先，它通过多焦点光学重缩放和同步TDI读出，实现了实时成像与高通量筛查的完美结合，避免了复杂扫描硬件（如旋转盘或数字微镜器件）的需求，简化了仪器配置。其次，SPI提供了技术无约束的视场和连续稳定的通量，能够瞬时生成超分辨率图像，无需计算重建延迟，这在高通量应用中具有显著优势。例如，在血涂片和酵母进化研究中，SPI以毫米级尺度捕获亚细胞细节，超越了传统显微镜的静态视场限制。

在光学成像方面，SPI的价值体现在其兼容性和可扩展性上。它基于常规epi-fluorescence平台，易于集成到现有显微镜系统中，同时通过WB反卷积或潜在的无监督网络进一步提升分辨率。这种灵活性使其适用于活细胞动态成像（如通过自发荧光探测）以及多种生物医学应用，如高通量筛查、成像流式细胞术和空间转录组学。从生物医疗角度，SPI为大规模细胞分析（如血液诊断、进化生物学）提供了实用路径，有望在病理学和大规模诊断中降低成本并提高效率。

总结与展望
SPI技术作为一种实时、高通量的超分辨率显微镜平台，成功将分辨率提升至衍射极限的两倍，同时保持简化的仪器配置和最小后处理需求。通过实验验证，它在多种生物样本中展现了优异的成像性能，包括亚细胞结构、大型细胞种群和多细胞进化过程。展望未来，SPI技术有望进一步整合光学和计算策略，如荧光寿命成像或深度学习网络，以扩展其应用范围。在生物医学领域，它可能推动细胞生物学、病理学和大规模诊断的进步，为超越光学和计算限制的生物系统研究提供方法论支持。尽管当前技术已具实用性，但未来工作可聚焦于提升成像均匀性和整合多模态技术，以充分发挥其潜力。

DOI:10.1038/s41467-025-64368-0.