通過(guò)光針顯微鏡的波前工程實(shí)現(xiàn)的軸向分辨檢測(cè)的概念圖。圖片來(lái)源：Yuichi Kozawa 等人。

導(dǎo)讀：IMEC獲得ERC資助以開發(fā)新型熒光顯微鏡

一種新提出的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速的3D圖像采集。單次掃描是一種涉及細(xì)長(zhǎng)光點(diǎn)的技術(shù)，該光點(diǎn)類似于“針”，可捕獲樣本的三維 (3D) 圖像。

這種由東北大學(xué)和大阪大學(xué)的研究人員開發(fā)的新方法可以在不移動(dòng)觀察平面的情況下快速拍攝 3D 圖像——這是傳統(tǒng)激光掃描顯微鏡所必需的。

光學(xué)顯微鏡對(duì)于包括生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)診斷在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)無(wú)處不在且至關(guān)重要。由于許多生物細(xì)胞或組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此 3D 觀察至關(guān)重要。激光掃描顯微鏡是一種具有代表性且成熟的方法，可通過(guò)掃描樣品上的焦點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn) 3D 觀察。一個(gè)主要問(wèn)題是其耗時(shí)的過(guò)程，因?yàn)樗婕靶枰挠^察平面的重復(fù) 2D 圖像采集。

研究人員使用了一個(gè)沿軸向拉長(zhǎng)的激光光斑，稱為“光針”，作為激光掃描顯微鏡中的照明。一般來(lái)說(shuō)，使用這種光針是一種常見的方法，它可以產(chǎn)生深焦圖像，捕捉標(biāo)本的擴(kuò)展深度范圍而不會(huì)模糊。然而，這種方法只提供了一個(gè) 2D 圖像，其中不包括樣本的任何深度信息。?

研究人員提出的解決方案是通過(guò)基于計(jì)算機(jī)生成全息術(shù) (CGH) 的技術(shù)操縱從標(biāo)本發(fā)出的熒光信號(hào)。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種全息圖，用于從樣品內(nèi)部不同深度位置發(fā)出的熒光。該全息圖旨在根據(jù)物體的深度位置在探測(cè)器平面上產(chǎn)生橫向偏移和空間分離的圖像。使用這種技術(shù)，深度信息可以同時(shí)記錄為橫向信息，允許在不改變觀察平面的情況下構(gòu)建 3D 圖像。

利用這一原理，研究人員開發(fā)了一種配備空間光調(diào)制器的顯微鏡系統(tǒng)，這是一種用于投射 CGH 的計(jì)算機(jī)控制設(shè)備。開發(fā)的顯微鏡系統(tǒng)通過(guò)對(duì)深度范圍為 20 微米的光針進(jìn)行一次 2D 掃描構(gòu)建了 3D 圖像。該系統(tǒng)記錄了懸浮在水中的微米級(jí)珠子動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的 3D 電影，這是現(xiàn)有激光掃描顯微鏡很少能做到的。?

研究人員還展示了對(duì)厚生物樣本的快速 3D 圖像采集，其速度是傳統(tǒng)技術(shù)的十倍以上。所提出的技術(shù)將顯著加快各種研究和工業(yè)領(lǐng)域的圖像采集，其中 3D 圖像觀察和評(píng)估是必不可少的。研究人員現(xiàn)在正計(jì)劃進(jìn)一步將所提出的方法的適用性擴(kuò)展到縮小系統(tǒng)，以將其用于實(shí)際應(yīng)用。

參考： ?Kozawa Y、Nakamura T、Uesugi Y、Sato S. Wavefront 工程光針顯微鏡用于軸向分辨快速體積成像。Biomed Opt Express，京東方。2022;13(3):1702-1717。doi: 10.1364/BOE.449329