介观显微物镜：推动光学成像新纪元

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980次浏览发布时间：2024-07-25 15:59:00

　　引言

　　光学显微镜作为生命科学、医学、材料学等领域的重要研究工具，其性能的提升一直是科学界关注的焦点。显微镜物镜作为其核心组件，决定了显微成像的分辨率和成像视场这两个关键参数。然而，这两个参数通常是相互制约的，高分辨率物镜的成像视场往往较小，无法满足跨尺度高通量成像的需求。因此，研制出能够同时实现大视场和高分辨率的物镜成为了显微镜技术发展的重要方向。

　　介观显微物镜的发展与挑战

　　近年来，介观显微物镜由于其复杂的光学结构和优秀的像差优化能力，逐渐成为实现高数值孔径和超大成像视场的重要工具。相比于传统显微物镜，介观物镜能够显著提升光学显微镜的成像通量，使得在大尺度样本上进行高分辨成像成为可能。然而，目前的介观物镜存在成像波段单一的问题，仅能进行可见光或近红外单波段成像，无法满足多样化荧光成像的需求。此外，现有的介观物镜成像视场直径主要集中在3mm至6mm，进一步提升成像视场以获取更高的成像通量仍是一个挑战。

　　史国华团队的研究突破

　　中国科学院苏州生物医学工程技术研究所的史国华团队近期在介观显微物镜的设计和制造方面取得了重要突破。他们设计了一种具备平场复消色差结构的介观视场物镜，成功研制出了目前已报道的亚微米分辨率下成像视场最大且工作波段最宽的介观显微物镜。

　　技术细节与性能指标

　　该介观物镜具备8mm的视场直径和0.5NA的数值孔径，其成像波段覆盖了从400nm到1000nm的范围。这一宽广的波段范围使得该物镜能够同时进行可见光和近红外成像，满足了多样化荧光成像的需求。研究团队利用这一物镜对小鼠脑和肾切片进行了成像实验，获得了单帧13.5亿像素的超高通量图像。

　　性能对比与多光子成像应用

　　为了验证该介观物镜的性能，研究团队将其与市售的20倍0.5NA物镜进行了定量对比。结果表明，该介观物镜的成像质量与商业物镜相当，但其成像视场面积是商业物镜的40倍。此外，该团队还在同一个物镜上实现了单光子和双光子介观成像，进一步展示了该物镜在大尺度样本高分辨多波段成像中的潜力。

　　应用前景与研究意义

　　该介观物镜在大尺度样本高分辨多波段成像方面具有广泛的应用前景，如脑图谱绘制、跨脑区单光子/双光子成像、类器官高分辨成像等。尤其是在脑科学研究中，能够在大尺度范围内实现高分辨率成像，对于理解大脑结构和功能具有重要意义。

　　结论

　　史国华团队的研究成果为介观显微物镜的发展提供了新的方向，他们所研制的平场复消色差物镜不仅在成像视场和分辨率上实现了突破，还能够满足多波段成像的需求。这一研究成果不仅提升了光学显微镜的成像通量，也为大尺度高分辨成像提供了新的工具和方法。

　　未来研究方向

　　未来，进一步优化介观物镜的设计和制造工艺，以提高其成像性能和应用范围，将是一个重要的研究方向。同时，探索介观物镜在更多实际应用中的表现，如生物医学诊断、材料科学研究等，也将为这一技术的发展注入新的活力。通过不断的技术创新和应用推广，介观显微物镜有望在更多领域中发挥重要作用，为科学研究和技术进步作出更大的贡献。

　　研究支持与发表

　　相关研究成果以“Large-field objective lens for multi-wavelength microscopy at mesoscale and submicron resolution”为题，发表在《光电进展》(Opto-Electronic Advances)上。该研究工作得到了国家重点研发计划、中国科学院稳定支持基础研究青年团队计划等的支持。

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