近日，我校电子工程与光电时刻学院陈钱、左超造就商酌团队建议了一种基于波长扫描傅里叶叠层衍射层析时刻的新式无透镜片上三维显微成像时刻。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百家乐涩涩片，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。（著作贯穿：https://doi.org/10.1038/s41377-024-01568-1）
光学显微镜当作人命科学、医学和材料科学等界限的中枢不雅测器用。但是受拉格朗日不变量等要素的制约，在传统显微镜均分辨率和成像视场之间存在固有的量度。跟着生物医学界限的基础商酌和前沿时刻的束缚超越，对大要完结跨轨范、高通量显微成像的需求日益增长，但传统显微镜普遍无法兼顾分辨率和视场的双紧条目。
筹画光学显微成像时刻如合成孔径全息术、傅里叶叠层显微术和无透镜片上显微术等发展赶快，为高通量成像提供了新决策。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、药物筛选等界限展现出精深的期骗后劲。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刻更相宜厚样品。现在，无透镜片表层析成像商酌较少，多接收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，如何完结全视场超分辨成像是面前边临的一大挑战。
针对上述问题，南京理工大学陈钱、左超造就商酌团队建议了一种基于波长扫描傅里叶叠层衍射层析时刻（wavelength-scanning Fourier ptychographic diffraction tomography，简称wsFPDT）的新式无透镜片上三维显微成像时刻，通过波长扫描的照明调控方式完结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阵势比较，该时刻不会引入图像移位、畸变等问题，完结了全视场分辨准均匀、无标记、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) 光学执行装配暗示图。(b) 执行过程暗示图。(c) wsFDPT重建旨趣。
商酌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），接收单色板级传感器记载原始强度图，使用超一语气谱光源齐集声光可调滤波器进行波长扫描照明。自主开采C++限度软件完结声光可调谐滤波器与传感器同步触发，可在6秒内完成图像收罗。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经管直至经管，再进行非讲错束和全变分正则化相齐集的夹杂经管处分，得到样品像素超分辨的三维折射率分散（图2）。
图2. wsFPDT阵势重构算法经过图。
为了考证wsFPDT时刻在全视场范围内完结高通量三维成像的才气，对歪斜USAF分辨率靶标进行执行，成果如图3a所示。基于上述系统，wsFPDT得到了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）采样放荡的2.15倍。进一步地，将选择的USAF靶标图案分手水平搁置在传感器的中心和边际位置并重叠执行（图3b-c），不错得到近乎交流的成像成果，标明wsFPDT时刻大要提供全视场内准均匀的成像分辨率。此外，歪斜的USAF靶标被悬空搁置，以至其离焦距离相较紧贴传感器搁置时要远隔200 μm以上，这阐发wsFPDT阵势在不死心横向成像分辨率的情况下，大要完结超越200 µm的有用成像深度，该成像深度要比传统的基于透镜的光学衍射层析时刻高出5到10倍。图4展示了wsFPDT阵势对两种硅藻进行三维重建的成果，从中不错了了看到硅藻壳的三维骨架结构过甚里面复杂的细节信息，该执行进一步解说了wsFPDT阵势在处分较厚且具有复杂轴向结构样品的三维层析才气。
图3.相位分辨率靶方向执行成果。(a) 歪斜搁置的分辨率靶方向执行装配想象和重建成果。(b-c) 选择的靶标搁置在传感器不同位置的成像成果对比。
图4. C. hibernicus和Naviculold两种硅藻的执行成果。
图5展示了wsFPDT对无标记小鼠单核巨噬细胞高通量三维成像的成果。wsFPDT不错对全视场（29.85 mm2）内总计细胞同期完结定量三维折射率的重建，重建成果包含约18.3亿有用体素，视场范围散失约32，000个巨噬细胞。基于所得到的三维折射率分散，可完结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。执行成果不仅考证了wsFPDT针对普遍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，将为商酌细胞的结构特征过甚对里面和外部刺激（如渗入压和药物诊疗）的反馈提供紧要的统计数据支握。该阵势有望为大范围细胞分析、高内涵精确筛选等方面提供紧要的影像学撑握，并在高通量药物研发和无标记病理分析等界限具有紧要的期骗远景。
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野心(2022YFA1205002， 2024YFE0101300)，基金委国度要害科研仪器研制方式(62227818)，江苏省基础商酌野心前沿引颈专项(BK20192003)等资助。