11月26日消息,据麦姆斯咨询报道,几个世纪以来,为推动生物学的发展,显微镜技术的发展至关重要。近日,阿卜杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science and Technology,简称“KAUST”)的研究人员展示了如何通过标准显微镜来获取更多信息。


KAUST大学开发出一种用于定量相位和灰度成像的新方法


相比传统显微镜成像,定量相位成像可揭示更多细节。阿卜杜拉国王科技大学的最新技术可在单次测量中同时捕获明场成像(顶部)和相位成像(底部)


显微镜最基础的成像原理是通过测量穿过物体的光强度来成像。因此需要能够以不同方式散射和吸取光的样品。但是,众所周知,许多活细胞能够吸取的可见光非常少,这意味着在明暗区域之间差异非常小,也就是大家俗称的对比度。这也使得生物学家们很难看到更精细的细节。


但是,穿过样品的光不仅会改变其强度,还会改变其相位:即光波中各个峰的相对时间。KAUST的博士生Congli Wang说明说道:“相位差显微镜能够将相位转换成更大的幅度变化,因此可以观察到更精密、细致的透明结构。”


测量光的相位比测量光的强度更为棘手。大多数相位差(相衬)显微镜必须包含将相变转换为可测量的灰度变化的组件。但是这种转换并不精确,仅近似于相位信息。


KAUST视觉计算中心的Wang和他的同事们,在计算机科学教授Wolfgang Heidrich的带领下,现已开发出一种用于定量相位和灰度成像的新方法。其中对显微镜性能至关重要的器件被称为波前传感器。波前传感器是专为自适应光学而设计的传感器,可将波前相位的信息编码为灰度图像。


KAUST大学开发出一种用于定量相位和灰度成像的新方法


研究人员通过定量相位成像检测具有精细结构的透明小样品的几何形状;例如,三维红细胞(左)和微透镜阵列(右)。


该团队设计了一种创新型的高分辨率波前传感器,目前正将其整合到商用显微镜中,以提高显微镜成像的性能。同时,他们还通过自己研发的计算机算法重构相衬图像,以数字化方式从一对图像中检索定量相位:即没有样品时获取的校准图像和样品到位时获取的测量图像。


该方法从多个方面简化了显微镜的使用。尽管有些方法过去已经实现了定量相位成像,但设置成本高且复杂,还需要专用光源或长时间才能生成图像。“大家的方法能够通过成本低廉的简单光学器件、普通的白光源和实时视频传输速率进行快速计算,快照采集高分辨率的明场幅度以及准确的定量相位图像。”Heidrich说道,“据大家所知,这是首次将所有这些优点结合在一起。”


关于成像


成像就是生物样本的造影技术,依照样本尺度大小可以概分为组织造影与细胞分子的显微技术。这些大致都需要光学技术配合生物样本的特性发展,少数会使用光以外的波动性质,例如核磁共振、超音波等等。

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