颠覆传统显微镜：新型介观物镜问世

找药助理

1431次浏览发布时间：2024-07-27 18:10:08

　　光学显微镜在生命科学、医学和材料科学等领域中是不可或缺的重要研究工具。其核心部件是物镜，决定了显微成像的分辨率和成像视场这两个关键参数。传统显微物镜在追求亚微米分辨率时，其成像视场往往局限在1毫米左右。然而，随着科学研究需求的不断增长，特别是在跨尺度高通量成像方面，常规显微物镜已无法同时满足大视场和高分辨率的成像需求。介观显微物镜因其复杂的光学结构和优秀的像差优化能力，能够同时实现高数值孔径和超大成像视场，极大提升了光学显微镜的成像通量。

　　目前的介观物镜主要用于可见光或近红外单波段成像，尚不能满足多样化荧光成像的需求。此外，现有介观物镜的成像视场直径主要集中在3毫米至6毫米，而许多应用场景需要更大的成像视场以获取更高的成像通量。针对这些需求，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所史国华团队进行了创新性研究，设计了一种在介观视场下的平场复消色差物镜结构。

　　该团队研制出了目前报道中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，并搭建了相应的单光子/双光子成像系统。该物镜具备8毫米的视场直径，0.5数值孔径(NA)，成像波段覆盖从400纳米到1000纳米。利用这一物镜，研究团队对小鼠脑和肾切片进行了成像，获得了单帧高达13.5亿像素的超高通量图像。通过与20倍放大倍率、0.5数值孔径的商业物镜进行定量对比，结果显示，该介观物镜在成像质量上与商业物镜相似，但其成像视场面积超过商业物镜40倍。

　　不仅如此，该研究还在同一物镜上实现了单光子/双光子介观成像。实验结果表明，该物镜在大尺度样本高分辨多波段成像方面具有巨大的潜力，特别是在脑图谱绘制、跨脑区单光子/双光子成像以及类器官高分辨成像等方面。

　　此次研究成果以“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。这项研究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。

　　史国华团队的研究不仅在技术上取得了突破，更为光学显微镜在各类科学研究中的应用开辟了新路径。传统显微物镜在高分辨率和大视场之间的取舍问题一直是限制其应用的瓶颈。介观显微物镜的出现，特别是此次研究中实现的8毫米大视场和0.5数值孔径的组合，不仅打破了这一瓶颈，还显著提升了光学显微镜在多波段成像中的应用能力。这种技术进步，使得研究人员能够在更大的视场内获取高分辨率图像，极大地提升了成像效率和数据获取能力。

　　此外，该研究中提出的平场复消色差物镜结构，能够在宽波段范围内实现高质量成像，这对于多波段荧光成像具有重要意义。多波段成像技术在生物医学研究中应用广泛，例如在细胞和组织的多标记荧光成像中，通过不同波段的光源激发不同的荧光染料，可以同时观察多个生物标志物。史国华团队的介观显微物镜，不仅实现了可见光和近红外波段的覆盖，还能够在多波段成像中保持高分辨率和大视场，为多标记荧光成像提供了理想的解决方案。

　　未来，随着技术的进一步发展，介观显微物镜有望在更多领域得到应用。例如，在材料科学中，高分辨率和大视场的显微成像可以用于研究材料的微观结构和性能。在医学研究中，这种技术可以帮助医生更清晰地观察病变组织，提升诊断的准确性和效率。

　　综上所述，史国华团队的研究不仅在光学显微镜技术上取得了重要突破，还为其在各类科学研究中的应用提供了新的可能性。介观显微物镜凭借其高分辨率、大视场和多波段成像能力，必将在未来的科学研究中发挥重要作用。通过不断的技术创新和应用探索，光学显微镜将继续为人类揭示微观世界的奥秘，推动科学研究的进步和发展。

健康资讯

温馨提示：医疗科普知识仅供参考，不作诊断依据；无行医资格切勿自行操作，若有不适请到医院就诊。