生物学：荧光全息术：颠覆生物成像的世界！

通过将旋转调制掩模成像到显微镜的焦平面来实现CHIRPT显微镜中的照射强度的时空调制。放置在物镜的光瞳平面中的空间滤波器允许通过物平面中的两个光束的干涉来形成照明强度。显微镜和照明强度在此处以快照的形式显示在时间上。图片来源：Jeff Field /科罗拉多州立大学。

科罗拉多州立大学的光学显微镜专家再次推动了生物成像的发展。

杰弗里菲尔德是电气工程研究科学家和科罗拉多州立大学显微镜成像网络主任，他设计并制造了一种结合了三维和高分辨率图像处理的荧光检测显微镜，这种显微镜也比同类技术更快。

这项工作由Randy Bartels，电气和计算机工程教授以及前博士后研究员David Winters共同撰写，已发表在Optica，美国光学学会期刊上。他们命名了他们的新显微镜CHIRPT：相位转移的相干全息图像重建。

影像权衡！

现场和其他光学科学家在一个权衡的世界中工作。例如：一种称为多光子荧光显微镜的先进深层组织成像技术采用短而明亮的激光脉冲，紧密聚焦于一个点，记录来自该点的荧光强度。然后，激光移动到下一个点，然后是下一个点，以构建高分辨率的3D图像。该技术提供亚细胞细节，但它相对较慢，因为它一次仅照亮一个小点。

其他技术，如旋转磁盘共聚焦显微镜，更快，因为它们可以在多个点上发光，而不仅仅是一个，并且它们可以在更大的区域内同时扫描。但与多光子不同，这些技术需要用相机收集图像。结果，从样品发出的荧光在相机上模糊，导致分辨率损失，并且由此导致亚细胞细节。

称他们贪心，但菲尔德和同事们都想要这一切。

荧光标记的小鼠肠切片的CHIRPT和共聚焦成像。（a）和（b）是数字重新聚焦的CHIRPT图像。（c）和（d）是传统的共聚焦图像。在所有四个中，焦点的特征用箭头表示。图片来源：Jeff Field /科罗拉多州立大学

打破既定的界限！

他们的目标是解决这些限制中的每一个 - 速度，分辨率，场大小 - 以突破光学显微镜中已建立的界限。

Field和Bartels的新显微镜建立在先前发布的技术基础上，并允许荧光灯的数字重新聚焦。它通过利用非局域化照明扩散到大面积上而不是一点，而是照亮多个点。他们使用的物理原理类似于全息术，其中散射光用于构建三维图像。

使用大的照明场，然后进行后端信号处理，显微镜可以定义视场内许多点的不同光调制图案。它通过组合来自所有这些不同模式的信号来构建3-D图像。

“这个想法是你在样本的任何一点都有一个荧光团，其荧光的时间结构将与其他所有荧光团区别开来，”菲尔德说。“所以你可以拥有这么庞大的荧光团阵列，只需要用这个单像素探测器，你就可以知道它们中的每一个都在那个2D场中。”

3D，深层组织图像！

那么这种新技术允许什么呢？三维深层组织图像，具有比同等技术更好的景深。的深度领域，如摄影，背景是指图像是锐聚焦与主图像一起。科罗拉多州立大学的研究人员可以以每秒600帧的速度工作，这比现有技术快许多倍。使用他们的新显微镜，还可以对图像进行后处理，以消除使感兴趣对象模糊的像差。它类似于能够在拍摄后对焦图像。

CHIRPT显微镜可以让生物医学研究人员在比传统荧光显微镜方法允许的更大的体积上产生清晰的细胞或组织三维图像。这可能导致像实时成像多细胞过程一样，使用传统的光学显微镜，一次只能看到一个细胞。