当你用显微镜看时，舞台上的任何东西都被放大到肉眼难以想象的程度。而传统的显微镜技术可以让微小的细节进入视野，标准设备不能为我们提供完整的画面。
大多数光学显微镜的视野有限，只有一到两毫米。这给依赖显微镜分析和诊断疾病的生命科学家和病理学家带来了很大的不便，因为制备的组织样本的尺寸在厘米范围内。
为了解决这一未被满足的临床需求，康涅狄格大学开发了一种新的显微镜平台，它消除了传统显微镜的一个中心组件——物镜。通过使用无镜片，研究人员实际上可以为临床医生提供更全面的了解，从而得出更准确的诊断。美国康涅狄格大学生物医学工程教授郑国安最近在“芯片实验室”成功展示了一种无透镜片上显微镜平台，并发表了他的发现。该平台消除了传统光学显微镜的几个最常见的问题，并为疾病诊断提供了一个低成本的选择。
郑的平台没有使用透镜来放大组织样本，而是依靠一个位于样本和图像传感器或相机之间的扩散器。漫射器随机移动到不同的位置，同时传感器获取图像，收集编码后的物体信息，这些信息将用于恢复图像供临床医生或研究人员查看。
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物体恢复过程的核心是一种称为ptychography的成像技术。ptychography成像通常使用聚焦光束照射样品，并记录衍射光产生的图案。为了恢复完整的复杂图像(比如组织样本)供查看，ptychography需要在扫描样本到不同位置时记录数千种模式。“尽管世界各地的科学家对ptychography越来越感兴趣，但该方法的广泛应用一直受到其缓慢的速度和精确机械扫描的要求的阻碍，”该研究的主要作者、美国康州大学研究生蒋绍伟说。
郑的新ptychographic技术解决了这些问题，使样品靠近图像传感器。这种新的配置允许团队将整个图像传感器区域作为成像视野。此外，它不再需要精确的机械扫描需要传统的ptychography。这是因为新的配置有最高的菲涅耳数有史以来测试的ptychography，大约50,000。菲涅耳数描述了光波通过一个开口(如针孔)后如何传播一段距离。郑氏实验中使用的超高菲涅耳数表明，从物平面到传感器平面的光衍射非常小。低衍射水平意味着扩散器的运动可以直接从捕获的原始图像跟踪，消除了对精确的运动阶段的需要，这是传统的ptychography的关键。“这种方法减少了处理时间和成本，并允许样品产生更完整的图像，”郑说。使用传统的透镜显微镜，科学家每次只能看到幻灯片的一小部分。
郑的平台提供了一个重大的改进，有效地扩大了显微镜的视野。与标准的~2 mm2相比，Zheng目前的原型提供了30 mm2的视场。通过使用常规摄影相机中的全帧图像传感器，郑的技术允许医生一次分析两张完整的幻灯片。“想象一下，你可以一次读整本书，而不是一次只读一页。这就是我们希望我们的技术能够让临床医生做到的。”
除了已经很长的改进清单，郑的平台消除了细胞染色的需要。通常情况下，科学家会对细胞的某些部分(如细胞核)进行染色，以确定有多少细胞。郑测试了该平台使用恢复的无标签相位图进行自动细胞分割的能力。
由于其紧凑的配置和强大的性能，郑和他的团队设想他们的平台将很适合用于一系列的即时护理、全球健康和远程医疗应用。他们的技术也可以用于x射线和电子显微镜。“通过使用我们的无透镜、交钥匙成像系统，我们可以绕过光学的物理限制，为片上显微镜获取高分辨率的定量信息。我们很高兴能继续改进这项技术，使其用于商业和临床应用，为患者和研究人员带来切实的影响，”郑说。
来源:康涅狄格大学
