美国开发新型光片荧光显微镜提高三维成像速度和分辨率
美国科学家已经开发出一种技术,能够在不修改显微镜结构的前提下,提高光片荧光显微镜(LSFM)的时间与空间分辨率和光效率。该技术改为使用反射镜来提高速度、分辨率和光效率。使用反射镜像盖玻片代替传统的玻璃盖玻片,以及利用计算成像算法从图像中去除不需要的背景,并对结果数据进行处理。
美国国立生物医学影像与生物工程研究所高分辨率光学成像实验室(NIBIB HROI)的研究人员能够在250ms内同时收集四幅互补视图,相对于对称双视角LSFM,速度提高了一倍,信息量也得到了增加。此外,他们通过将其成像方法应用于单视图LSFM来增强空间分辨率。这允许同时采集两幅高分辨率的视图,否则由于高数值孔径的限制而难以获得两幅视图。
美国芝加哥大学的一个研究小组帮助NBIB HROI团队开发了一种算法,能够识别并消除常规视图和反射视图中的落射荧光污染,并融合所有视图以恢复分辨率。
新的盖玻片和计算机算法相结合获得的图像能够显示更清晰的微小结构。图片来源:Yicong Wu/NIBIB。
研究人员在各种样品上展示了他们的技术,研究细胞中的线粒体、细胞膜、高尔基体和微管动力学以及线虫胚胎中的钙活性。
与传统的双视图选择性平面显微镜(diSPIM)系统相比,使用带有计算机辅助的镜像盖玻片,速度能够提高两倍、分辨率提高将近一倍。该技术的另外一个好处是,利用镜面盖玻片,显微镜能够从样品中收集更多的光,而无须增加样品的整体光照。因此与diSPIM相比,光效率提高了两到三倍。
新型显微镜是在HROI实验室以前使用的选择性平面照明显微镜(SPIM)的基础上进行改进的,这种显微镜对样品损伤较小,因为它仅照射正在成像的样品的一部分。
2013年,HROI实验室主任Hari Shroff和他的同事Yicong Wu开发了diSPIM系统——一种选择性的平面照明显微系统,配备两个镜头,可以获得样品的两幅视图。这种双视图显微镜能够以比传统单视图成像更高的清晰度和分辨率进行3D成像。2016年,Shroff和Wu添加了第三个镜头,进一步提高了3D成像的光效率和分辨率。
Shroff声称:“在整合了三个镜头之后,我们发现继续增加更多的镜头变得越来越困难。不是因为达到了计算能力的极限,而是因为我们没有足够的空间。”
用于成像的镜头体积很大,样品周围的空间受到每个附加镜头的限制。Wu和Shroff的解决方案是使用镜像盖玻片,而不是增加更多的镜头。
在上图中,镜像的盖玻片允许同时获取四个视图。图片来源:Yicong Wu/NIBIB。
Shroff声称:“这很像是照镜子,如果你看着镜子中的一个场景,你就能够看到之前无法观察到的视角。我们在显微镜中使用了相同的原理,我们可以常规地使用镜头本身的常见视图来观看样本,同时记录镜子提供的样本的反射图像。“
研究人员认为,这种技术未来能够适应其他形式的显微镜。这项研究发表于Nature Communications。
来源:https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=62776
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