可对细胞进行快速3D成像的新型多焦点显微镜

       挪威北极大学和挪威北部大学医院的联合研究团队研发了一种新型多焦点显微镜，它能够大幅提高轴向分辨率，有效消除致密组织中亚细胞结构图像中的背景干扰 (Optica, doi: 10.1364/ Optica .468583)。借助这种新型显微镜，人们能够看到非常清晰的细胞图像，甚至可以从不同的角度去观察。

       常见的3D显微镜的成像方法是将标本暴露在光线中，同时捕捉一系列的像素，然后将其拼接在一起成像。虽然该方法对静态样本成像效果较好，但是不适用于活体样本。而且这种方法比较耗时，每分钟的拍摄次数基本不能超过5次。如果要对移动的样本成像，显得更加乏力。

       因此，Ströhl及其同事提出了一种新的想法，设计了一种新型多焦点显微镜。它可以通过光学切片来提高图像捕获速度和轴向分辨率。而且与传统的显微镜相比，它能快速成像，所需的光剂量更少，降低对细胞的漂白与损伤，延长细胞观察的时间，从而有效拓展了其性能和适用范围。

       Ströhl表示，我们所研究的不是那种常见的3D模式。虽然在在传统的3维图像中，你能够感知某种深度，但通过这种新型显微镜，你也能够看到物体背后。

       “举一个例子——电影院看3D的丛林场景。在普通的3D图像中，你可以看到森林有一定的深度，一些树叶和树木比其他的更近。利用我们新的3D显微镜中使用的相同技术，你也可以看到躲在灌木丛后面的老虎，可以独立地观察和研究几个层次。”

图 多焦点显微镜通过使用光幕扫描样本平面来提供清晰的图像

       该团队将其成像方法命名为SOLIS（scanned oblique light-sheet instant-volume sectioning）。SOLIS使用抖动斜光片在单次曝光中扫描标本的各个平面，从而增加了轴向分辨率并减少了光照。然后，每个平面的荧光被映射到一个带有多焦点光学元件(如棱镜、光栅等)的相机芯片上，产生相应图像平面的位移图像。通过调整多焦点光学元件，使倾斜的照明平面映射到相机上的单线上，同时使用同步滚动快门和光片读出模式进行光学切片。

       为了表征SOLIS的性能，研究人员用扫描光片和SOLIS在两种模式下模拟了宽视场3D显微镜:轴上传播光片和斜向光片。然后，他们将宽视场模拟与SOLIS的两种模拟进行了比较。结果显示，两个SOLIS模型确实消除了背景干扰。SOLIS模拟还能够对含有随机分布的点发射器的6.4微升立方体进行成像，其分辨率与理论计算结果一致，并接近模拟的宽场显微镜的性能。

       接下来，研究团队使用带有多聚焦光学分束器级联的SOLIS原型，以35Hz的体积帧率记录内皮细胞单层的清晰图像，同时以35 μm/s的速度移动成像台。研究人员还用一个活体培养的心脏细胞演示了亚细胞尺度的体积成像。利用SOLIS，他们揭示了线粒体和线粒体衍生的囊泡在30 μm深度的分布。

       研究团队现在正致力于对这种新型显微镜进行进一步改进，其目标是设计一个更易于使用的升级版本，以便更多的人能够操作和使用显微镜。同时他们还申请了专利，并且也在寻找工业合作伙伴，计划将其早日投入实际应用。