作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 迷你3D系统概述
与之前的Miniscope和MiniLFM设计相比，我们的Miniscope3D更轻、更紧凑
我们移除了微型望远镜的管状透镜，并在梯度折射率物镜的孔径光阑(傅立叶平面)处放置了一个55微米厚的优化相位掩模
通过扫描一个2
5微米绿色荧光珠全卷
我们使用这个数据集来预先计算一个有效的前向模型，该模型精确地捕捉场变化的像差
然后，前向模型被用于迭代地解决逆问题，以从单次2D测量重建三维体积
这里的三维重建是一个自由游动的荧光标记缓步动物
信用:光:科学& amp应用，doi: 10
1038/s 14377-020-00403-7 与现有设备相比，微型荧光显微镜重量更轻，分辨率更高，将在系统生物学中有广泛的应用
现有的微型荧光显微镜是生命科学的标准技术，但它们只提供二维信息
在《自然之光:科学与应用》的一份新报告中，基罗洛斯·扬尼、尼克·安提帕和加州大学伯克利分校和比利时布鲁塞尔自由大学生物工程、电子工程和计算机科学联合研究生项目的一组科学家开发了一种单镜头三维荧光显微镜
他们设计了一种被称为迷你望远镜3D的新设备，用物镜孔径光阑处的优化多焦点相位掩模代替了传统二维迷你望远镜的管状透镜
Yanny和Antipa等人使用该装置
自由活动动物的光学记录神经活动，以及孵化器和芯片实验室设备中的长期原位成像应用
微型荧光成像和技术创新 微型荧光显微镜在系统生物学中对于自由活动动物的神经活动的光学记录、孵化器和医疗设备中的长期原位成像非常重要
这种显微镜也被称为“微型显微镜”，由三维打印部件组成，尽管只提供二维荧光成像
单次拍摄方法可以实现更快的捕捉速度和受相机帧速率限制的时间分辨率
例如，以前开发的微型光场显微镜(MiniLFM)可以用优化的算法处理神经活动
在这项工作中，Yanny等人
与现有技术相比，开发了一种三维微型望远镜，以实现更高的分辨率和更轻的重量
该团队通过对荧光分辨率目标成像以及自由游动的生物样本和小鼠脑组织进行成像来测试显微能力
他们通过与双光子显微镜的比较来验证重建的结果，以了解新技术的局限性
用纳米筛制作相位掩模
(a)矩形拼接导致接缝(黑线)穿过许多微透镜，而自适应拼接将接缝置于微透镜的边界，以减少伪影
在几个样品深度比较设计的和实验的光合细菌，显示出良好的一致性，在体积边缘有轻微的降解
信用:光:科学& amp应用，doi: 10
1038/s 14377-020-00403-7 为了在小而轻的设备中实现高质量的成像
将相位掩模(穿过掩模的光将经历与材料厚度成比例的相移)放置在傅立叶空间中，以减少计算负担并提高紧凑性
他们以横向分辨率损失较小和信噪比较低为代价，为二维微型望远镜增加了三维功能
该算法将光学理论与压缩感知相结合来制作优化的相位掩模
该技术促进了一种新的微型三维显微镜结构，其具有更高的分辨率、开源设计、更高质量的制造和有效的校准方案或重建算法
表征计算显微镜和研究小鼠大脑 该团队使用越来越复杂的样本来捕捉三维动态记录，从而测试了计算显微镜的性能
他们通过对荧光分辨率目标成像来测量不同深度的横向分辨率
然后他们用双光子显微镜验证了他们结果的准确性
例如，显微3D可以精确地恢复三维荧光珠样品后处理的所有重建图像
他们展示了使用神经生物样品的方法的潜力，其中绿色荧光蛋白标记区域在整个样品中表达稀疏的神经元群体
从海马体不同部位获得的重建图像显示树突沿着单个细胞体的表面延伸
当Yanny等人
接下来研究了自由游动、绿色染色的缓步动物(也称为水熊)的动态样本，重建的图像显示了微型三维成像以高分辨率在时空中跟踪自由运动的生物有机体的效率
实验表征
在不同轴向位置重建美国空军的荧光目标，以确定与深度有关的横向分辨率
我们得到一个2
76微米分辨率跨越390微米深度范围的大部分，最差情况为3
9微米(橙色虚线表示插图位置，插图中的黄色方框表示最小的已解析组)
请注意，分辨率目标具有导致数据跳跃的离散分辨率级别，此处的分辨率是指条之间的间距，而不是线对宽度
重建160微米厚的4
8个微米荧光珠与双光子3D扫描图像进行比较(显示了yx和zx平面中的最大强度投影)
我们的系统检测到相同的特征，只是横向光斑尺寸稍大
信用:光:科学& amp应用，doi: 10
1038/s 14377-020-00403-7 在300 μm厚的光学透明小鼠脑切片中重建绿色荧光蛋白标记的神经元，显示单个神经元分辨率和轴向穿过体积的清晰分辨的树突
信用:光:科学& amp应用，doi: 10
1038/s 14377-020-00403-7 自由游泳缓步动物的三维重建
(左)原始数据
(右)自由移动的SYBR-绿色染色缓步动物的重建
信用:信用:光:科学与技术；应用，doi: 10
1038/s 14377-020-00403-7 设备的应用和可访问性 微型三维显微镜的大多数应用将类似于三维显微镜和微型光场显微镜，后者被认为是单次微型三维荧光成像的金标准
然而，与迷你线性调频相比，新的迷你3D方法提供了多种改进，包括多焦点镜片、最佳横向分辨率和10倍的可用测量体积
改进的性能来自一个比微型LFM更小的硬件包，重量更轻，可以自由观察移动的生物体
该方法还能够以单个神经元分辨率对小鼠脑组织进行有或无散射的实验重建
该团队将优化该设备的现有限制，包括散射，以便进一步应用
Yanny等人基于一个流行的开源迷你望远镜平台
为迷你3D设计提供可访问性
通过这种方式，基罗洛斯·扬尼、尼克·安提帕和他的同事们提供了一个三维原型，作为升级目前在450个实验室使用的二维微型望远镜的机会
实验结果与理论设计和分析相吻合，为定制单次三维系统提供了一个有用的框架
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