近日国产 成人 在线，我校电子工程与光电时期学院陈钱、左超认知接续团队提倡了一种基于波长扫描傅里叶叠层衍射层析时期的新式无透镜片上三维显微成像时期。该责任以“Lens-free on-chip 3D microscopy based on wavelength-scanning Fourier ptychographic diffraction tomography”为题发表在海外顶尖光学期刊 Light: Science & Applications，并当选为期刊内封面论文。电光学院博士生吴雪娟为本文第一作家，我校为第一完成单元和通信单元。（著述开通：https://doi.org/10.1038/s41377-024-01568-1）
光学显微镜当作生命科学、医学和材料科学等鸿沟的中枢不雅测器具。联系词受拉格朗日不变量等身分的制约，在传统显微镜均分辨率和成像视场之间存在固有的量度。跟着生物医学鸿沟的基础接续和前沿时期的不绝超越，对不祥杀青跨措施、高通量显微成像的需求日益增长，但传统显微镜盛大无法兼顾分辨率和视场的双迫切求。
盘算光学显微成像时期如合成孔径全息术、傅里叶叠层显微术和无透镜片上显微术等发展速即，为高通量成像提供了新决议。无透镜片上显微术无需透镜，幸免视场与分辨率矛盾，在细胞生物学、病理筛查、药物筛选等鸿沟展现出纷乱的愚弄后劲。但生物细胞和组织的三维结构难以用二维透射率函数表征，光学衍射层析成像时期更合适厚样品。当今，无透镜片表层析成像接续较少，多取舍机械光束扫描或多光源阵列照明。歪斜照明会导致衍射图样移位和畸变，大角度照明下数据丢失，影响成像分辨率。因此，怎么杀青全视场超分辨成像是现时边临的一大挑战。
针对上述问题，南京理工大学陈钱、左超认知接续团队提倡了一种基于波长扫描傅里叶叠层衍射层析时期（wavelength-scanning Fourier ptychographic diffraction tomography，简称wsFPDT）的新式无透镜片上三维显微成像时期，通过波长扫描的照明调控花样杀青三维散射势的频谱填充。与基于多角度照明的无透镜三维成像局面比较，该时期不会引入图像移位、畸变等问题，杀青了全视场分辨准均匀、无符号、高通量的衍射层析成像。
图1. 基于wsFPDT无透镜片上三维成像的基本念念想。 (a) 光学推行安装清楚图。(b) 推行过程清楚图。(c) wsFDPT重建旨趣。
接续团队搭建了无透镜片上三维衍射层析成像的显微硬件系统（图1a），取舍单色板级传感器纪录原始强度图，使用超一语气谱光源聚集声光可调滤波器进行波长扫描照明。自主建立C++逼迫软件杀青声光可调谐滤波器与传感器同步触发，可在6秒内完成图像集聚。然后基于傅里叶叠层重建算法对欠采样的衍射图样重叠迭代管制直至不休，再进行非背信束和全变分正则化相聚集的搀杂管制贬责，获取样品像素超分辨的三维折射率散播（图2）。
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图2. wsFPDT局面重构算法经由图。
为了考据wsFPDT时期在全视场范围内杀青高通量三维成像的才气，对歪斜USAF分辨率靶标进行推行，效力如图3a所示。基于上述系统，wsFPDT获取了775 nm横向分辨率和5.43 μm轴向分辨率，超越CMOS传感器像素尺寸（1.67 μm）采样逼迫的2.15倍。进一步地，将采选的USAF靶标图案区分水平舍弃在传感器的中心和边际位置并重叠推行（图3b-c），不错得到近乎调换的成像效力，标明wsFPDT时期不祥提供全视场内准均匀的成像分辨率。此外，歪斜的USAF靶标被悬空舍弃，甚而其离焦距离相较紧贴传感器舍弃时要辩认200 μm以上，这阐明wsFPDT局面在不就义横向成像分辨率的情况下，不祥杀青超越200 µm的灵验成像深度，该成像深度要比传统的基于透镜的光学衍射层析时期高出5到10倍。图4展示了wsFPDT局濒临两种硅藻进行三维重建的效力，从中不错了了看到硅藻壳的三维骨架结构偏激里面复杂的细节信息，该推行进一步证明了wsFPDT局面在贬责较厚且具有复杂轴向结构样品的三维层析才气。
图3.相位分辨率靶观点推行效力。(a) 歪斜舍弃的分辨率靶观点推行安装联想和重建效力。(b-c) 采选的靶标舍弃在传感器不同位置的成像效力对比。
图4. C. hibernicus和Naviculold两种硅藻的推行效力。
图5展示了wsFPDT对无符号小鼠单核巨噬细胞高通量三维成像的效力。wsFPDT不错对全视场（29.85 mm2）内系数细胞同期杀青定量三维折射率的重建，重建效力包含约18.3亿灵验体素，视场范围秘密约32，000个巨噬细胞。基于所获取的三维折射率散播，可杀青对每个细胞的形态学参数（如体积、面积和球形度等）精确的定量分析。推行效力不仅考据了wsFPDT针对大皆未染色细胞集群的高通量三维成像方面的才气，还展示了其在单细胞层面进行定量分析的后劲，将为接续细胞的结构特征偏激对里面和外部刺激（如渗入压和药物调整）的响应提供迫切的统计数据支握。该局面有望为大范围细胞分析、高内涵精确筛选等方面提供迫切的影像学复旧，并在高通量药物研发和无符号病理分析等鸿沟具有迫切的愚弄长进。
图5. 小鼠单核巨噬细胞的全视场三维成像。
上述责任得到了国度要点研发运筹帷幄(2022YFA1205002， 2024YFE0101300)，基金委国度紧要科研仪器研制名目(62227818)，江苏省基础接续运筹帷幄前沿引颈专项(BK20192003)等资助。