周瑶 1,2费鹏 1,2,*
作者单位
摘要
1 华中科技大学光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
2 湖北省高端生物医学成像重大科技基础设施,湖北 武汉 430074
近几十年来,光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新,显著提升了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术,光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本,大大提高了光子利用效率,降低了光毒性,并显著提升了成像速度。光片显微镜问世以来,其在生命科学研究中的应用范围逐渐拓宽,从胚胎学、神经科学到肿瘤研究等多个领域均有所涉及,不仅可用于观察细胞和组织的基本结构,还可用于实时监测生物过程中的动态变化。同时,其跨尺度的特点使其适用于从宏观到微观的多个尺度上的观察。本文综述了光片显微镜在高通量成像、超分辨成像以及易用性方面的应用及发展,旨在为生命科学研究人员提供全面的了解和参考,推动光片显微镜在更多领域的应用和发展。
荧光显微成像 光片荧光显微镜 高通量成像 超分辨成像 
激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618019
Author Affiliations
Abstract
1 Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Technische Optik, Postfach 100565, 98684 Ilmenau, Germany
2 Iba Heiligenstadt, 37308 Heilbad Heiligenstadt, Germany
Light sheet fluorescence microscope with single light sheet illumination enables rapid 3D imaging of living cells. In this paper we show the design, fabrication and characterization of a diffractive optical element producing several light sheets along a 45° inclined tube. The element, which is based on a multi-focal diffractive lens and a linear grating, generates five thin light sheets with equal intensities when combined with a refractive cylindrical lens. The generated uniform light sheets can be applied for the scanning of samples in tubes enabling flow-driven 3-dimensional imaging.
Light sheet fluorescence microscopy Diffractive optical elements Multi-plane imaging 3D imaging Multi-focal lens 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023022
光电工程
2023, 50(5): 220045
Author Affiliations
Abstract
1 Southern University of Science and Technology, College of Engineering, UTS-SUSTech Joint Research Centre for Biomedical Materials and Devices, Department of Biomedical Engineering, Shenzhen, China
2 City University of Hong Kong, Department of Biomedical Engineering, Hong Kong, China
3 Peking University, College of Future Technology, Department of Biomedical Engineering, Beijing, China
4 University of Technology Sydney, Institute for Biomedical Materials and Devices (IBMD), Faculty of Science, Sydney, Australia
In light-sheet fluorescence microscopy, the axial resolution and field of view are mutually constrained. Axially swept light-sheet microscopy (ASLM) can decouple the trade-off, but the confocal detection scheme using a rolling shutter also rejects fluorescence signals from the specimen in the field of interest, which sacrifices the photon efficiency. Here, we report a laterally swept light-sheet microscopy (LSLM) scheme in which the focused beam is first scanned along the axial direction and subsequently laterally swept with the rolling shutter. We show that LSLM can obtain a higher photon efficiency when similar axial resolution and field of view can be achieved. Moreover, based on the principle of image scanning microscopy, applying the pixel reassignment to the LSLM images, hereby named iLSLM, improves the optical sectioning. Both simulation and experimental results demonstrate the higher photon efficiency with similar axial resolution and optical sectioning. Our proposed scheme is suitable for volumetric imaging of specimens that are susceptible to photobleaching or phototoxicity.
light-sheet fluorescence microscopy image scanning microscopy volumetric imaging pixel reassignment 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(1): 016001
作者单位
摘要
1 华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
本文提出了一种无衍射光片荧光显微成像技术,可以方便地对从微米到厘米各种尺寸的多种生物样本进行多尺度三维荧光成像。提出一种双环调控方法以解决传统贝塞尔光片旁瓣过重的问题,该方法能够可调节地产生0.4~5 μm之间不同厚度类型的无衍射光片,同时其旁瓣占比被压低到30%以下。基于这种新的调控手段设计搭建了一套多尺度光片荧光显微成像系统。该系统展示出适用性极强的多尺度成像能力,例如:活细胞双色三维动态成像、膨胀细胞三维超分辨成像以及介观尺度下全器官的高通量三维成像。证明该多尺度成像模式能够显著提升光片荧光显微镜的成像效率,由此可以推进细胞生物学、组织病理学、神经科学等多种生物医学相关研究的发展。
三维荧光显微镜 光片荧光显微镜 多尺度三维成像 低旁瓣贝塞尔光片 3D fluorescence microscopy light-sheet fluorescence microscopy multi-scale 3D imaging low sidelobe Bessel light sheet 
中国光学
2022, 15(6): 1321
作者单位
摘要
天津大学 医学工程与转化医学研究院,天津 300072
光片显微镜是近些年来研究较多的生物成像技术,相较于传统的激光共聚焦扫描显微镜而言,光片显微镜能够实现快速、低光毒性的体积成像。光片显微镜的照明光束可以选择高斯光束或其他无衍射光束(如贝塞尔光束、艾里光束等)。艾里光片显微镜是目前研究较多的技术,但是普通的艾里光片显微镜存在一个较大的问题,艾里光束具有自弯曲的特性,导致艾里光片在视场的两端超出探测物镜的景深范围,无法发挥出最优的成像效果。将艾里光束旋转45°形成平板艾里光片,使艾里光片不超出探测物镜的景深,以增大光片显微镜的成像视场。并利用双光子荧光激发技术,免除图像的后处理过程,大大提高了成像的效率。利用Matlab进行光学仿真,得到平板艾里光片显微镜的成像视场(~900 μm)比普通艾里光片显微镜的成像视场(~600 μm)增加了50% 。搭建的平板艾里光片显微镜利用荧光微球进行校正实验,得到成像系统的横向分辨率为(1.93±0.17) μm,轴向分辨率为(3.19±0.41) μm。对斑马鱼脑出血模型的实时观测中,可以得到时间分辨率为x×y×z = 0.60 mm×0.60 mm×0.40 mm/60 s 的成像结果,并可以对局部血管的生长和发育进行实时监测,有利于脑出血疾病的机制探究。
光片荧光显微镜 平板艾里光束 光束调制 light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) planar-Airy beam beam modulation 
红外与激光工程
2022, 51(11): 20220354
张球 1,2,*梁东 2白丽华 1刘军 2,*
作者单位
摘要
1 上海大学理学院物理系, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
利用4f(f为焦距)系统和电子耦合器件相机跟踪样品的位置,通过纳米平移台对机械漂移进行了补偿,使样品始终处于光片的束腰位置,从而获得了最优图像。所提方法可以对几纳米的机械偏移进行补偿。使用自主搭建的光片荧光显微镜对直径为几微米的荧光微球进行了长时间成像,验证了所提方法的可行性。
成像系统 光片荧光显微镜 机械偏移 4f系统 补偿 最优图像 
中国激光
2019, 46(4): 0407001
安坤 1,2,*王晶 1梁东 1,2刘军 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高超分辨率光涨落成像(SOFI)的速度, 结合改进的超分辨率光涨落成像算法和光片荧光显微镜, 加入两个小波滤波器分别在时间和空间上消除低频背景噪声和原始图像读出噪声, 结果成功将SOFI所需的图像数量降低。对50张量子点和斑马鱼的成像图片进行处理, 研究表明引入改进的SOFI算法可以在不改变光路结构情况下将光片荧光显微镜的横向分辨率提高两倍, 该方法可以扩展到活体的生物研究, 突破物镜数值孔径对光片显微镜的限制。
生物光学 光片荧光显微镜 超分辨率光涨落成像算法 横向分辨率 斑马鱼 
中国激光
2017, 44(6): 0607002

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