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捕获活细胞和生物高质量3D图像的简单新方法

时间：2022-05-14 13:27:10 来源：

研究人员开发了一种新的多焦点技术，使用Z分离器棱镜（右）在标准显微镜中分离检测到的光。这同时产生多个图像，每个图像聚焦到样品中的不同深度，在单个相机帧中。

新方法以高速捕获多焦点显微镜图像。

研究人员开发了一种简单的方法，用于以标准显微镜在不同深度处同时获取图像。新技术可以应用于各种显微镜方法，使其可用于各种生物和生物医学成像应用。

“光学显微镜一直是学习3D复杂生物系统和流程的不可或缺的工具，”波士顿大学的研究团队成员盛晓说。“我们的新型多焦点技术允许以高速和高对比度观察到活细胞和生物。”

在Optica，光学社会（OSA）高影响研究期刊，由Jerome Mertz领导的研究人员描述了他们的新直接和快速的方式，可以使用标准显微镜从不同深度获取信息。新方法可以简单地添加到大多数现有系统中，并且易于复制，使其他研究人员可以访问它。

捕获多焦点图像

基于标准相机的显微镜系统在单个焦平面上获取清晰的图像。尽管研究人员尝试了各种策略来同时获取具有不同焦点深度的图像，但这些方法通常需要多个相机或使用专用衍射光学元件来执行用单个相机进行图像分裂。两种策略都很复杂，并且衍射光学元件可能难以制造。

“我们使用了一种可以完全组装的Z分配器棱镜，这些棱镜可以容易地应用于诸如荧光，相位对比或暗田成像的各种成像模式，”肖说。

z分离器棱镜叠片检测到光以同时在单个相机帧中产生多个图像。每个图像都聚焦在样本中的不同深度。使用具有大传感器区域和高像素计数的高速相机允许研究人员在同一传感器上分配多个高分辨率图像，而不会重叠。

利用新技术获取的多焦点图像使得可以比可以用单个图像完成更准确地从样本中估计远离对焦的背景。研究人员使用这些信息来开发一种改进的3D去孔算法，它消除了在使用宽ffistfer显微镜时通常是问题的焦点背景光。

“我们的扩展体积3D去孔算法抑制了超出了成像体积的源极焦点背景，”萧说。“这改善了图像对比度和信噪比，使其在涉及厚样品的荧光成像应用中特别有益。”

证明了多功能性

研究人员展示了具有常用显微镜样式的新技术，包括荧光，相位对比和暗田成像。它们捕获了大量的视野，包括数百个神经元或整个自由移动的生物以及转子纤毛的高速3D图像，这百分之一秒击败了每百分之一秒。这表明该方法如何提供优先考虑大视野或高速的灵活性。

为了展示扩展体积3D去孔算法的能力，研究人员对各种厚的样品进行了成像，包括鼠标的大脑。与原始多焦点图像和更传统的3D去孔算法相比，观察到显着的对比度和信噪比改善。研究人员现在正在努力扩展技术，以便它将使用更多的成像方式。

参考：高对比多数多方面显微镜与单个相机和Z分配器棱镜，盛晓，豪朗格里顿，华安兵，达纳·泽蒙，薛汉和杰罗姆·默兹，10月22日，Optica.doi：
10.1364 / OPTICA.404678。


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