通过光针显微镜的波前工程实现的轴向分辨检测的概念图。图片来源：Yuichi Kozawa 等人。

导读：IMEC获得ERC资助以开发新型荧光显微镜

一种新提出的技术可以实现快速的3D图像采集。单次扫描是一种涉及细长光点的技术，该光点类似于“针”，可捕获样本的三维 (3D) 图像。

这种由东北大学和大阪大学的研究人员开发的新方法可以在不移动观察平面的情况下快速拍摄 3D 图像——这是传统激光扫描显微镜所必需的。

光学显微镜对于包括生命科学和医学诊断在内的各个领域来说无处不在且至关重要。由于许多生物细胞或组织结构复杂，因此 3D 观察至关重要。激光扫描显微镜是一种具有代表性且成熟的方法，可通过扫描样品上的焦点来实现 3D 观察。一个主要问题是其耗时的过程，因为它涉及需要更改观察平面的重复 2D 图像采集。

研究人员使用了一个沿轴向拉长的激光光斑，称为“光针”，作为激光扫描显微镜中的照明。一般来说，使用这种光针是一种常见的方法，它可以产生深焦图像，捕捉标本的扩展深度范围而不会模糊。然而，这种方法只提供了一个 2D 图像，其中不包括样本的任何深度信息。 

研究人员提出的解决方案是通过基于计算机生成全息术 (CGH) 的技术操纵从标本发出的荧光信号。他们设计了一种全息图，用于从样品内部不同深度位置发出的荧光。该全息图旨在根据物体的深度位置在探测器平面上产生横向偏移和空间分离的图像。使用这种技术，深度信息可以同时记录为横向信息，允许在不改变观察平面的情况下构建 3D 图像。

利用这一原理，研究人员开发了一种配备空间光调制器的显微镜系统，这是一种用于投射 CGH 的计算机控制设备。开发的显微镜系统通过对深度范围为 20 微米的光针进行一次 2D 扫描构建了 3D 图像。该系统记录了悬浮在水中的微米级珠子动态运动的 3D 电影，这是现有激光扫描显微镜很少能做到的。 

研究人员还展示了对厚生物样本的快速 3D 图像采集，其速度是传统技术的十倍以上。所提出的技术将显着加快各种研究和工业领域的图像采集，其中 3D 图像观察和评估是必不可少的。研究人员现在正计划进一步将所提出的方法的适用性扩展到缩小系统，以将其用于实际应用。

参考：  Kozawa Y、Nakamura T、Uesugi Y、Sato S. Wavefront 工程光针显微镜用于轴向分辨快速体积成像。Biomed Opt Express，京东方。2022;13(3):1702-1717。doi: 10.1364/BOE.449329