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如何实现光学超分辨（七）
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如何实现光学超分辨（七）
席鹏著
第七章 SSIM 疏影横斜水清浅
2011年的FOM闭幕式上，会议主席Fred
Brakenhoff很遗憾地通知大家，Mats
Gustafsson教授不幸因癌症逝世，享年51岁。
2012年的FOM的副主题，就是纪念这个伟人和他带给这个世界的SSIM。
什么是SSIM？全名Saturated
Structured Illumination Microscopy，饱和结构光照明显微。在介绍SIM之前，可以给大家看一张非常典型的照片：
在椅子背上，你看到了什么？不规则的条纹，对不对？这种条纹，如果你把图片放大，可以看到是由于椅子前后的网状织物叠加而成。在科学上，大家将其称为莫尔条纹。
由于织物的网格比较密不容易被看到（频率高），莫尔条纹则比较粗容易被看到（频率低），因此如果知道B的结构，和A+B所叠加的莫尔条纹，将不能探测的高频转化为能探测的低频，就能够反推出A所携带的精细结构信息。这就是SIM的精义。如下图所示。
回顾另一种能够带来分辨率提升的、广为人知的技术：共聚焦。共聚焦通过一个点照明，加一个针孔实现分辨率提升。准确地说，由于在分辨率这个事情上，邻居总是给我们干扰，所以用一个针孔把邻居的光噪声给它挡上，就能够将分辨率提升。
共聚焦通过阻挡接收实现分辨率提升，而SIM则是通过给照明光一个调制实现分辨率提升。
能提升多少？共聚焦是1.4倍，因为即使针孔小到只有一个点，根据光路可逆原理，这个点到了样品上也有点扩展函数那么大，最终，共聚焦的点扩展函数就是激发光的点扩展乘以针孔点扩展。如果将SIM的结构调制通过共轭放在接收端，则SIM也是一个一维调制。进一步，通过从多个角度进行一维限制，可以最终得到二维的分辨率提升。目前，比较流行的是每隔120度进行一次。SIM可以提升2倍的分辨率。
如果想进一步提升分辨率，则需要更细的线条。而前面我们讲过，用光学一次成像，所能得到的细线的粗细是受衍射极限限制的。解决的方案只有一个，那就是通过某一类的饱和机制，形成更细的线。这样，再加上SIM提升的2倍，就能够实现完全突破衍射极限的限制了。
发张SIM的图片，给大家惊艳一下。
写到这里，我想很多人都会对超分辨显微这一领域跃跃欲试了。但是，你可能会觉得，自己没有相关的科研背景。有意思的是，Mats Gustafsson在他开始博士后研究时，并没有正规的光学训练。他之前是从事电子学的。他在接受采访时说：“我的电学背景让我对这个世界有一种独到的认识----我看问题喜欢从频域而不是空域。这是我成功的主要原因。”因此，如果你想从事一个你喜欢的行业，你的背景绝对不是问题。相反，不能下定决心、有了志向却不努力，才是影响你成功的主因。
Mats在2005年就被诊断患有癌症。但是他天性乐观，对人友善，对科学却有一种执着的追求。2009年在波兰的FOM会议上，Mats做完plenary presentation后，（那个时侯他已经在这个领域赫赫有名了），有一个女士在路上向他问问题。他蹲在路边从行李中拿出一个笔记本，认真地在上面画示意图进行解释。
有一次一个科学编辑问他，是什么力量让他如此痴醉于科研？他说：“想像一下，你所处的世界是一个填字游戏。你站在这个游戏中间。你会开始用想象力去填它，还是会熟视无睹？”他停了一下，又说，“我无法想象让自己停下来不去填。这就是我为什么做科研的原因。”
Mats Gustafsson(1960-2011)。后面的篱笆是否让你联想到了SIM？
让我们纪念Mats，不仅因为他在科研上给我们带来了全新的方法造福人类，而且因为他的谦逊与执着，将照亮我们前行的路。
席鹏课题组文章链接：
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