生物學：熒光全息術：顛覆生物成像的世界！

通過將旋轉調製掩模成像到顯微鏡的焦平面來實現CHIRPT顯微鏡中的照射強度的時空調製。放置在物鏡的光瞳平面中的空間濾波器允許通過物平面中的兩個光束的干涉來形成照明強度。顯微鏡和照明強度在此處以快照的形式顯示在時間上。圖片來源：Jeff Field /科羅拉多州立大學。

科羅拉多州立大學的光學顯微鏡專家再次推動了生物成像的發展。

傑弗裡菲爾德是電氣工程研究科學家和科羅拉多州立大學顯微鏡成像網絡主任，他設計並製造了一種結合了三維和高分辨率圖像處理的熒光檢測顯微鏡，這種顯微鏡也比同類技術更快。

這項工作由Randy Bartels，電氣和計算機工程教授以及前博士後研究員David Winters共同撰寫，已發表在Optica，美國光學學會期刊上。他們命名了他們的新顯微鏡CHIRPT：相位轉移的相干全息圖像重建。

影像權衡！

現場和其他光學科學家在一個權衡的世界中工作。例如：一種稱為多光子熒光顯微鏡的先進深層組織成像技術採用短而明亮的激光脈衝，緊密聚焦於一個點，記錄來自該點的熒光強度。然後，激光移動到下一個點，然後是下一個點，以構建高分辨率的3D圖像。該技術提供亞細胞細節，但它相對較慢，因為它一次僅照亮一個小點。

其他技術，如旋轉磁盤共聚焦顯微鏡，更快，因為它們可以在多個點上發光，而不僅僅是一個，並且它們可以在更大的區域內同時掃描。但與多光子不同，這些技術需要用相機收集圖像。結果，從樣品發出的熒光在相機上模糊，導致分辨率損失，並且由此導致亞細胞細節。

稱他們貪心，但菲爾德和同事們都想要這一切。

熒光標記的小鼠腸切片的CHIRPT和共聚焦成像。（a）和（b）是數字重新聚焦的CHIRPT圖像。（c）和（d）是傳統的共聚焦圖像。在所有四個中，焦點的特徵用箭頭表示。圖片來源：Jeff Field /科羅拉多州立大學

打破既定的界限！

他們的目標是解決這些限制中的每一個 - 速度，分辨率，場大小 - 以突破光學顯微鏡中已建立的界限。

Field和Bartels的新顯微鏡建立在先前發佈的技術基礎上，並允許熒光燈的數字重新聚焦。它通過利用非局域化照明擴散到大面積上而不是一點，而是照亮多個點。他們使用的物理原理類似於全息術，其中散射光用於構建三維圖像。

使用大的照明場，然後進行後端信號處理，顯微鏡可以定義視場內許多點的不同光調製圖案。它通過組合來自所有這些不同模式的信號來構建3-D圖像。

“這個想法是你在樣本的任何一點都有一個熒光團，其熒光的時間結構將與其他所有熒光團區別開來，”菲爾德說。“所以你可以擁有這麼龐大的熒光團陣列，只需要用這個單像素探測器，你就可以知道它們中的每一個都在那個2D場中。”

3D，深層組織圖像！

那麼這種新技術允許什麼呢？三維深層組織圖像，具有比同等技術更好的景深。的深度領域，如攝影，背景是指圖像是銳聚焦與主圖像一起。科羅拉多州立大學的研究人員可以以每秒600幀的速度工作，這比現有技術快許多倍。使用他們的新顯微鏡，還可以對圖像進行後處理，以消除使感興趣對象模糊的像差。它類似於能夠在拍攝後對焦圖像。

CHIRPT顯微鏡可以讓生物醫學研究人員在比傳統熒光顯微鏡方法允許的更大的體積上產生清晰的細胞或組織三維圖像。這可能導致像實時成像多細胞過程一樣，使用傳統的光學顯微鏡，一次只能看到一個細胞。