美国加州大学圣克鲁斯分校的一个研究集体研制出一种创新的显微方法，极大地提升了快速三维成像的能力。他们借助二十五台摄影设备搭建了高速显微镜，可以同时记录微小生命体内部细胞活动的即时状况。这项技术为发育生物学、神经科学以及运动研究等学科带来了全新的观测途径，有助于生物医学研究朝着更深的层次和更智能化的方向迈进。相关成果发表于最新一期《光学》期刊。
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这种显微镜把衍射光学元件和二十五台微型镜头（见图）融合在一起加州大学圣克鲁斯分校，能够从不同层面同时进行观测。资料出自：加州大学圣克鲁斯分校
常规显微镜在采集立体影像时，往往借助手动调焦或逐层探测各个层面，这种方式效率不高，难以记录瞬息万变的生命活动，并且容易导致画面扭曲或细节缺失。针对这些弊端，该机构设计了一种新型观测设备，命名为M25。这个系统运用了多焦点显微镜技术，通过整合25台同步运作的相机，能够同步捕捉来自多个不同焦点的图像，进而达成无需扫描的快速三维成像效果。
实验结果显示，新型显微镜设备能够在180×180×50微米的立体区域内，每秒钟获取超过100个体积帧的影像数据，完成25个焦平面的信息采集，实现即时成像功能。该系统关键部件是一枚定制的衍射光学装置，它可以将照射光线进行分解起步网校，并分别导引至25台独立的相机，每台相机均与一个单独且精确调控的焦平面相匹配。为了解决传统色散调整装置体积庞大且难以拓展的难题，工作人员研发了安装于各类相机镜头前端的特别设计衍射光片，成功消除了由多重焦点衍射光片产生的色差现象。
M25系统的重要突破是用便携且紧凑的专用光栅，替换了老式庞大复杂的棱镜装置。这种构造让它在观察幼体成长或者无拘活动的小型生物体上表现优异。
检测期间，工作人员运用实时三维显像技术，考察了涵盖秀丽隐杆线虫和黑腹果蝇在内的各类生物样本，这些生物体作为模式生物被广泛研究。以往，研究人员在观测线虫活动时，多数情况下只能识别其身体的部分构造，而M25设备则能够完整记录整条线虫在三维空间内的自然活动路径。这一技术为解析生物神经系统带来了创新手段加州大学圣克鲁斯分校，并且有助于深入分析基因变异、病理状况或药物作用对动物行为所产生的变化。
M25系统能够直接加装在标准商用显微镜的旁边接口处，除了定制的衍射光学元件之外，不需要其他专用设备，大幅度减少了普及的技术难度。
总编辑圈点
最新3D显微成像技术的重大进展，为生物医学探索领域引发深刻改变。常规显微镜因仅能呈现平面图像且无法进行动态监测，难以完整记录生物过程的动态变化。与此形成对比的是，动态3D显微成像能够对生物样本进行高清晰度的实时观察。比如，在细胞研究方面，这项技术让研究人员可以清晰地观察肿瘤细胞的活动轨迹，为癌症扩散和病菌入侵机理的探索开辟了新的途径。今后，这项技术或将同智能计算紧密结合，即时感知更为细密的景象变化，促使生命科学在根本探索和医疗实践层面持续取得新进展。
