霍華德-休斯醫(yī)學(xué)研究所 Janelia 研究園區(qū)的科學(xué)家們重點(diǎn)研究了一類名為相位分集的新技術(shù)，以擴(kuò)大生物學(xué)家對(duì)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的使用。與傳統(tǒng)顯微鏡相比，這些技術(shù)能讓研究人員更有效地深入組織內(nèi)部進(jìn)行研究。這項(xiàng)研究發(fā)表在《光學(xué)》（Optica）雜志上。

很久以前，天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了一種提高望遠(yuǎn)鏡所記錄的遙遠(yuǎn)星系圖像清晰度和銳利度的方法。對(duì)大氣條件造成的光線失真進(jìn)行量化的方法可以用來(lái)進(jìn)行調(diào)整以消除像差。

顯微鏡學(xué)家對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行了改良，以便為同樣會(huì)扭曲和彎曲光線的高密度生物樣本生成更清晰的圖像。然而，許多實(shí)驗(yàn)室無(wú)法使用這些屬于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)系列的方法，因?yàn)樗鼈兯俣嚷�、成本高、難度大。

這些相位分集技術(shù)通過(guò)在具有未知像差的模糊圖像上添加已知像差的額外圖像，提供恢復(fù)原始圖像清晰度所需的額外信息。相位分集技術(shù)與許多其他自適應(yīng)光學(xué)方法相比，無(wú)需對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行重大改動(dòng)，因此對(duì)顯微鏡來(lái)說(shuō)是一種極具吸引力的選擇。

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科學(xué)家們最初修改了用于顯微鏡的天文學(xué)算法，并在實(shí)施新方法之前通過(guò)模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。然后，他們建造了一臺(tái)顯微鏡，增加了兩個(gè)透鏡和一面可變形的鏡子，鏡子的反射面可以改變。

在已經(jīng)制造好的顯微鏡上增加這些小部件后，畸變得到了確認(rèn)。此外，他們還改進(jìn)了相位差校正程序。

研究小組證明，使用他們的新技術(shù)校準(zhǔn)顯微鏡的可變形鏡的速度比使用以前的方法快 100 倍。隨后，他們演示了該技術(shù)如何檢測(cè)和消除隨機(jī)產(chǎn)生的像差，從而獲得更清晰的熒光珠和固定細(xì)胞圖像。

下一步，他們將在活細(xì)胞和組織等實(shí)際材料上測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)，并將其應(yīng)用擴(kuò)展到更復(fù)雜的顯微鏡上。研究小組還希望提高該方法的自動(dòng)化程度和用戶友好性。

與現(xiàn)有方法相比，這種新方法的實(shí)施速度更快、成本更低，希望最終能讓更多實(shí)驗(yàn)室使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，使科學(xué)家在深入觀察組織內(nèi)部時(shí)能夠看得更清楚。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1364/optica.518559