去卷积才能真实复原，这些都会增加后期图像处理的工作量和难度。图两种用于快速维成像的光片荧光显微技术。物镜耦合平面照明显微示意图解耦合照明探测的光片荧光显微原理图提高成像质量和成像深度对光学显微特别是维显微技术而言，除了追求高时空分辨率和大视场，提高成像质量和深度也非常关键。显微系统或样品本身引起的像差会降低图像对比度显微系统的维成像速度主要由相机决定。英国公司的型日本滨松公司的型商用相机能达到的全画幅速度，通过设臵感兴趣区域减少相机使用像素数目可进步提高速度，如，。光片荧光显微的维成像速度则受光片和样品相对移动速度相机速度硬件同步及数据传输等因素影响。早期的光片荧光显微系统，中光片和探测物镜保持静止不动，电动位移平台载着样品沿探测物镜轴向移动，相机同步拍摄系列维荧光图像实现维成像，具有结构简单价格便宜的优势。但受限于电动位移平台的移动速度，其维成像速度较慢约为，此外机械移动引起样品振动会影响成像质量。为了提高维成像速度，等提出了如图所示的物镜耦合平面照明显微技术，显微样品在该系统中保持静止，用移动速度较快的压电位移平台同时沿轴向移动光片和探测物镜进行维成。等在探测光路中加入次相位板来扩展系统景深，如图所示，在较大的空间范围内对样品都能进行较清晰的成像，仅需轴向扫描光片并用相机拍摄样品的系列维荧光图像实现维成像，并将其命名为解耦合照明探测光片荧光显微，在的前提下将成像速度提高到。较高的成像速度都以减少相机有效使用像素为代价，会影响系统的观测视场和图像分辨率。此外，系统中引入或，成像放大率会随着成像位臵的变化而改变，扩展了景深，拍摄的图像必须经过去卷积才能真实复原，这些都会增加后期图像处理的工作量和难度。探讨光片荧光显微成像技术的应用及发展前景生物物理学论文。等利用晶格光片荧光显微镜首次观测到了海拉细胞质中微管细丝的生长动态过程图，定量测量了单个微管细丝的生长速度方向和生长期，为细胞水平上全面理解细胞驱动机制作出了重要贡献。等利用基于贝塞尔光探讨光片荧光显微成像技术的应用及发展前景生物物理学论文统的维成像速度主要由相机决定。英国公司的型日本滨松公司的型商用相机能达到的全画幅速度，通过设臵感兴趣区域减少相机使用像素数目可进步提高速度，如，。光片荧光显微的维成像速度则受光片和样品相对移动速度相机速度硬件同步及数据传输等因素影响。早期的光片荧光显微系统，中光片和探测物镜保持静止不动，电动位移平台载着样品沿探测物镜轴向移动，相机同步拍摄系列维荧光图像实现维成像，具有结构简单价格便宜的优势。但受限于电动位移平台的移动速度，其维成像速度较慢约为，此外机械移动引起样品振动会影响成像质量。为了提高维成像速度，等提出了如图所示的物镜耦合平面照明显微技术，显微样品在该系统中保持静止，用移动速度较快的压电位移平台同时沿轴向移动光片和探测物镜进行维成像，将率和成像质量。光片荧光显微激发系统的像差会影响光片场质量，探测系统和样品引起的像差会影响成像质量，需要同时对激发系统探测系统和样品本身引起的像差进行全面校正，才能得到优化成像结果。等将自适应光学技术引入到晶格光片荧光显微系统中其光路如图所示，分别使用空间光调制器和变形镜，结合双光子导星技术对激发系统探测系统和样品引起的像差进行校正，实现了多细胞生物组织的亚细胞结构动态高质量成像，如图所示。此外，利用各类软硬件方法消除条纹伪影可有效改善半透明样品的维成像质量。图像差校正提高光片荧光显微成像质量。自适应光学晶格光片荧光显微镜简化光路图像差校正前后斑马鱼胚胎脊骨成像结果对比由于内源性色素以及组织内水蛋白质脂类等不同物质折射率的差异，生物组织会吸收和散射光，因此生物组织通常不太透明，对组织深部进行高时空分辨率无创维光学成像具有定的挑战性。生物组织对近红外光的吸收和散射比可见光弱，因此用近红育生物学神经科学等生物医学领域的应用最后进行总结和展望。鉴于这个领域发展得非常迅速，本文不可能包含所有的相关工作，只能选择性地讨论部分内容，在所难免会遗漏些贡献。光片荧光显微简介光片荧光显微的特点与图所示的传统落射式荧光显微构架不同，光片荧光显微成像使用如图所示的正交独立的激发和探测光路，从侧面用层薄的光片照明样品，仅激发成像物镜焦面薄层区域的样品，在正交方向上进行探测成像，这样能有效避免离焦背景对成像质量的影响，具有成像对比度高和天然光学层析的优点。其所需激光能量仅为激光扫描共聚焦显微系统的，且避免了激光扫描共聚焦显微维层析成像时激光对样品多次重复不必要的照明激发，极大地降低了光漂白和光毒性，因而适宜于对活体生物样品进行数小时甚至数天的长时间成像。与逐点扫描成像模式相比，光片荧光显微可使用高灵敏高速的电子倍增电荷耦合器件或科研级的互补金属氧化物半导体面阵探测器，采用逐面成像光片荧光显微，也被称作选择平面照明显微或正交平面荧光光学切片显微术，是种新型的维显微成像技术。它采用正交光路设计，用层薄光片从侧面激发样品，并在垂直于光片的方向上利用显微物镜和数字相机拍摄样品的维荧光图像，通过轴向扫描光片或移动样品逐面成像，即可获取不同深度处的层析图像并实现样品的维信息重构。它具有维成像速度快对比度高光损伤小的优点，尤其适宜于对活体生物样品进行长时间维成像。国际上许多著名大学和科研机构纷纷开展了光片荧光显微成像及其应用研究，如欧洲分子生物实验室的课题组美国霍华德休斯医学研究所的因光学超分辨显微的贡献获得年诺贝尔化学奖和课题组，斯坦福大学的课题组，德州大学西南医学中心的课题组，德国马普分子细胞生物学和遗传学研究所的课题组等等。国内的光片荧光显微研究也方兴未艾，北京大分辨技术的有机结合可突破光学衍射极限实现超分辨维成像。摘要生物医学研究的发展对光学显微成像的性能，如空间分辨率成像速度多维度信息成像质量等提出了更高的要求。光片荧光显微采用个薄片光从侧面激发样品，在正交方向探测成像，具有快速维层析成像和对样品光漂白和光毒性小的优点，是活体生物样品长时间显微观测的理想工具。本文介绍了光片荧光显微成像技术的基本原理及其主要特点综述了光片荧光显微面临的主要技术问题，以及为解决这些问题而发展出的新原理新思路和新方法例举了光片荧光显微成像技术在细胞生物学发育生物学和神经科学等领域的应用讨论了该技术的发展趋势及前景。该研究旨在帮助研究者系统了解光片荧光显微成像技术的基本知识最新研究发展趋势和潜在应用，为该领域科学研究提供参考。关键词维成像光片照明显微生物医学成像生物物理学荧光显微引言世纪荷兰科学家列文虎克发明的光学显微镜将神秘复杂丰富多彩的微观世界呈现在人类面前。光学显微镜背景信号仅让在焦荧光信号被探测器收集，从而实现维层析成像。但逐点扫描成像模式使得系统时间分辨率受到了很大的限制。此外，因强聚焦产生的较强光毒性光对细胞的损伤和光漂白性荧光染料因过度激发而失效，使其不适合长时间观测活体生物样品。表高斯型光片的视场和光片厚度关系表，图种光片对比。高斯光片无衍射贝塞尔光片无衍射艾里光片本课题组也开展了基于无衍射光束的光片荧光显微研究，提出了互补光束相减光片荧光显微成像技术，它的原理如图所示。该方法的核心是设计并实验生成贝塞尔光束的互补光束，该互补光束也具有无衍射特性，可满足大视场成像需求扫描该光束生成的互补光片中心光强为零，其他位臵处强度分布和贝塞尔光片旁瓣强度分布致。分别用贝塞尔光片和互补光片照明样品拍摄两幅荧光图像，然后将者相减，可消除贝塞尔光束旁瓣对成像的影响，从而实现大视场高轴向分辨率成像视场，轴向分辨率，横向分辨率。化物半导体面阵探测器，采用逐面成像方式，因此具有成像速度快的优势。光片荧光显微维成像可通过轴向移动样品或扫描光片，利用数字相机同步拍摄样品系列不同轴向位臵处的维荧光图像，然后利用图形处理软件进行维可视化重构。探讨光片荧光显微成像技术的应用及发展前景生物物理学论文。摘要生物医学研究的发展对光学显微成像的性能，如空间分辨率成像速度多维度信息成像质量等提出了更高的要求。光片荧光显微采用个薄片光从侧面激发样品，在正交方向探测成像，具有快速维层析成像和对样品光漂白和光毒性小的优点，是活体生物样品长时间显微观测的理想工具。本文介绍了光片荧光显微成像技术的基本原理及其主要特点综述了光片荧光显微面临的主要技术问题，以及为解决这些问题而发展出的新原理新思路和新方法例举了光片荧光显微成像技术在细胞生物学发育生物学和神经科学等领域的应用讨论了该技术的发展趋势及前景。该研究旨在帮助研究者系统了解光片荧光显等等。国内的光片荧光显微研究也方兴未艾，北京大学陈良怡课题组，和孙育杰课题组深圳大学牛憨笨院士课题组华中科技大学骆清铭院士课题组和费鹏课题组，中国科学院自动化研究所田捷课题组中国科学院西安光学精密机械研究所姚保利课题组中国科学院上海光学精密机械研究所刘军课题组中国科学院长春光学精密机械与物理研究所穆全全课题组中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张运海课题组浙江大学刘旭课题组香港理工大学雷党愿课题组南昌大学刘明萍课题组西湖大学高亮课题组等都开展了各具特色的研究工作。本文旨在帮助研究者们了解光片荧光显微成像技术的基本知识发展趋势和潜在应用，为该领域科学研究提供参考。简介了光片荧光显微工作原理及主要特点，对比两种经典的光片生成方法介绍了光片荧光显微面临的主要技术问题，如克服观测视场和空间分辨率相互制约的矛盾，提高维成像速度深度和成像质量，实现超分辨成像等，重点介绍为解决