Miniscope3D單次微型三維熒光顯微鏡

與現有設備相比，重量更輕的微型熒光顯微鏡在系統生物學中有著廣泛的應用。現有的微型熒光顯微鏡是生命科學中的標準技術，但它們僅提供二維(2-D)信息。現在在有關“自然之光：科學與應用”的新報告中加利福尼亞大學伯克利分校和比利時布魯塞爾自由大學共同開發了生物工程，電氣工程和計算機科學聯合研究生課程的科學家Kyrollos Yanny，Nick Antipa和一組科學家開發了單發3-D熒光顯微鏡。他們通過在物鏡的孔徑光闌處使用優化的多焦點相位掩模來代替傳統的2-D微型鏡的套筒透鏡，從而設計出了一種稱為Miniscope3D的新設備。Yanny和Antipa等人使用該設備。光學記錄自由活動動物中的神經活動以及孵化器中以及芯片實驗室設備中的長期原位成像應用。

微型熒光成像和技術創新

微型熒光顯微鏡在系統生物學中很重要，它可以光學記錄自由移動動物的神經活動，在培養箱和醫療設備中進行長期原位成像。這種顯微鏡也被稱為“微型顯微鏡”，由3-D打印部件制成，盡管僅提供2-D熒光成像。單次拍攝方法可以實現更快的拍攝速度和受相機幀速率限制的時間分辨率。例如，以前開發的微型光場顯微鏡(MiniLFM)可以使用優化算法處理神經活動。在這項工作中，Yanny等人。開發了3D微型鏡以實現更高的分辨率與現有技術相比，重量更輕。該團隊通過成像熒光分辨率目標以及自由游泳的生物樣本和小鼠腦組織來測試微觀能力。他們與兩光子顯微鏡進行了比較，驗證了重建的結果，以了解新技術的局限性。

為了在小型，輕巧的設備中實現高質量的成像，Yanny等人。將相位掩模(穿過掩模的光將經歷與材料厚度成比例的相移)放置在傅立葉空間中，以減少計算負擔并提高緊湊性。他們以較小的橫向分辨率損失和較低的信噪比為代價，為2-D微型鏡增加了3-D功能。該算法將光學理論與壓縮傳感相結合，以制造優化的相位掩模。該技術促進了具有更高分辨率，開放源代碼設計，更高質量制造以及高效校準方案或重建算法的新型微型3D顯微鏡架構。