Jeffrey Field，他是科羅拉多州立大學(xué)電氣工程方面研究的科學(xué)家且是顯微鏡成像網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的主任，設(shè)計(jì)和建造了一個(gè)結(jié)合了三維和高分辨率圖像處理的熒光顯微鏡，這要比現(xiàn)有技術(shù)要快。

這項(xiàng)研究工作，與Randy Bartels共同合作進(jìn)行的，后者是電氣和計(jì)算機(jī)工程的教授，以及前博士后研究員David Winters，這項(xiàng)研究已經(jīng)在美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)期刊《Optica》雜志發(fā)表出版。他們命名新的顯微鏡為CHIRPT，即：基于相移的相干全息圖像重建。

成像技術(shù)的權(quán)衡

這個(gè)領(lǐng)域和其他光學(xué)科學(xué)家一同在一個(gè)需要權(quán)衡的領(lǐng)域里工作。例如：一個(gè)先進(jìn)的深層組織成像技術(shù)被稱為多光子熒光顯微鏡，其采用短而明亮的激光脈沖聚焦到一點(diǎn)，該點(diǎn)的熒光強(qiáng)度被記錄。然后，激光移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)，然后下一個(gè)，從而建立了高分辨率的三維圖像。該技術(shù)提供了亞細(xì)胞的細(xì)節(jié)，但它是相對(duì)緩慢的，因?yàn)樗谕粋€(gè)時(shí)間只照亮一個(gè)微小的點(diǎn)。

其他技術(shù)，如旋轉(zhuǎn)磁盤共聚焦顯微鏡，速度會(huì)更快，因?yàn)樗麄兊墓庹漳芡瑫r(shí)照亮多個(gè)點(diǎn)，而不僅僅是一個(gè)，從而能夠掃描一個(gè)更大的區(qū)域。但不同于多光子，這些技術(shù)需要一個(gè)攝像頭采集圖像。其結(jié)果是，從試樣上發(fā)射的熒光在相機(jī)上是模糊的，導(dǎo)致亞細(xì)胞觀測(cè)分辨率的損失。

但是研究人員還想獲得更多的表面細(xì)節(jié)。

打破邊界

他們的目標(biāo)是卓哥克服這種技術(shù)的限制，速度，分辨率，面積的大小，試圖打破光學(xué)顯微鏡曾限制的種種邊界。

光場(chǎng)和Bartels的這種新顯微鏡是建立在先前發(fā)表的技術(shù)之上的，允許數(shù)字重新聚焦到熒光燈。這說明不是一點(diǎn)，而是利用局域光照分布在大面積上的多點(diǎn)。它們所使用的物理原理類似于全息照相，其中散射光被用來建立一個(gè)三維圖像。

使用一個(gè)大的照明區(qū)域，其次是后端信號(hào)處理，顯微鏡可以定義在視場(chǎng)內(nèi)許多點(diǎn)的不同的光調(diào)制模式。它建立了一個(gè)三維圖像，通過與所有這些不同的模式的信號(hào)相結(jié)合。

“我們的想法是，你在標(biāo)本中有任何一點(diǎn)的熒光，其熒光和時(shí)間結(jié)構(gòu)將會(huì)與其它所有點(diǎn)產(chǎn)生區(qū)別，”Field說。“所以你可以擁有這個(gè)龐大的熒光團(tuán)，只是這個(gè)單像素探測(cè)器，你就可以知道其中每一個(gè)點(diǎn)都是在2D領(lǐng)域。”

3D深層圖像

那么這種新技術(shù)能用來做什么呢？深部組織圖像的三個(gè)維度，相比同類技術(shù)能夠提供更好的區(qū)域深度。領(lǐng)域的深度，就像在攝影中，意味著背景圖像也隨著圖像的主體處在尖銳的焦點(diǎn)上。科羅拉多州立大學(xué)的研究人員可以實(shí)現(xiàn)工作速度達(dá)每秒600幀，這比其原來所建立技術(shù)要快很多倍。

用他們的新的顯微鏡，圖像也可以被后處理，以消除掩蓋其目標(biāo)對(duì)象的像差。它類似采集后圖像然后再聚焦的照片。

CHIRPT顯微鏡可以允許生物醫(yī)學(xué)研究人員產(chǎn)生足夠銳利的細(xì)胞或組織的三維圖像，這能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)的熒光顯微鏡方法更大的觀測(cè)效果。它可能會(huì)實(shí)現(xiàn)多細(xì)胞活動(dòng)過程實(shí)時(shí)成像，而若用傳統(tǒng)的光顯微鏡，只能在同一時(shí)間看到單一個(gè)細(xì)胞。