东京大学 东京大学的研究人员发现了一种提高现有定量相位成像灵敏度的方法，这样就可以同时看到活细胞内的所有结构，从微小颗粒到大型结构
这种技术的艺术表现显示了雕刻光脉冲(绿色，顶部)穿过细胞(中心)，并离开(底部)，在那里光波的变化可以被分析并转换成更详细的图像
信用:s-graphics
哥伦比亚
日本，由数控转数控 光学物理专家开发了一种新方法，利用现有的显微镜技术，无需添加染色剂或荧光染料，就可以更详细地观察活细胞内部
由于单个细胞几乎是半透明的，显微镜摄像机必须检测通过细胞部分的光线中极其细微的差异
这些差异被称为光的相位
相机图像传感器受限于它们能够检测到的光相位差量，即动态范围
东京大学光子科学与技术研究所的副教授说:“为了用同一种图像传感器看到更多的细节，我们必须扩大动态范围，这样我们才能探测到更小的光的相位变化。”
研究小组开发了一种技术，可以进行两次曝光，分别测量光相位的大小变化，然后无缝连接它们，创建一个高度详细的最终图像
他们将他们的方法命名为自适应动态范围偏移定量相位成像，最近在《光:科学与应用》上发表了他们的结果
“我们的漂流-QPI方法不需要特殊的激光，不需要特殊的显微镜或图像传感器；我们可以使用活细胞，我们不需要任何染色剂或荧光，光毒性的可能性很小，”Ideguchi说
光毒性是指用光杀死细胞，这可能成为其他一些成像技术(如荧光成像)的问题
由东京大学的一个研究小组开发的一种新的漂浮-QPI显微镜方法(下图)产生了一个更清晰的图像
左边的照片是光学相位的图像，右边的图像显示了由于二氧化硅珠吸收中红外(分子特异性)光而导致的光学相位变化
在这个概念证明的演示中，研究人员计算出，与传统的QPI相比，QPI漂流获得了大约7倍的灵敏度
信用:东大等
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0 定量相位成像向细胞发送一个平面光脉冲，然后测量光波通过细胞后的相移
计算机分析然后重建细胞内部主要结构的图像
Ideguchi和他的合作者先前已经开创了其他方法来增强定量相位显微术
定量相位成像是检查单个细胞的强大工具，因为它允许研究人员进行详细的测量，比如根据光波的移动来跟踪细胞的生长速度
然而，由于图像传感器的低饱和容量，该技术的定量方面具有低灵敏度，因此用常规方法不可能跟踪细胞中和细胞周围的纳米尺寸粒子
新的偏移-QPI方法克服了定量相位成像的动态范围限制
在QPI漂流期间，相机进行两次曝光，产生的最终图像的灵敏度是传统定量相位显微图像的七倍
第一次曝光是用传统的定量相位成像技术进行的——将一片平面光脉冲射向样品，在光穿过样品后测量其相移
计算机图像分析程序根据第一次曝光产生样本图像，然后快速设计出反映样本图像的光的雕刻波前
然后，一种叫做波前整形装置的独立部件产生这种“光雕塑”，用更高强度的光进行更强的照明，并向样品发射脉冲进行第二次曝光
如果第一次曝光产生的图像是样品的完美再现，则第二次曝光的定制光波将以不同的相位进入样品，穿过样品，然后以平片光的形式出现，使得照相机除了暗图像什么也看不见
“有趣的是:我们可以擦除样本的图像
我们几乎什么也不想看
我们把大的结构抵消掉，这样我们就可以非常详细地看到小的结构，”Ideguchi解释说
标准图像(上图)采用传统的定量相位成像技术拍摄，清晰图像(下图)采用东京大学一个研究小组开发的新的漂浮-QPI显微镜方法拍摄
左边的照片是光学相位的图像，右边的图像显示了主要由蛋白质吸收中红外(分子特异性)光引起的光学相位变化
蓝色箭头指向原子核的边缘，白色箭头指向核仁(原子核内部的一个亚结构)，绿色箭头指向其他大粒子
信用:东大等
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0 实际上，第一次曝光是不完美的，所以雕刻的光波会出现细微的相位偏差
第二次曝光揭示了微小的光相位差，这些光相位差被第一次曝光中的较大差异“冲掉”
由于在第二次曝光中使用了更强的照明，可以以更高的灵敏度测量这些剩余的微小光相位差
额外的计算机分析从两个测量结果重建具有扩展动态范围的样本的最终图像
在概念验证演示中，研究人员估计“漂浮QPI”产生的图像比传统定量相位成像的灵敏度高7倍
Ideguchi说，QPI漂流的真正好处是它能够在整个活细胞的背景下看到微小的粒子，而不需要任何标签或污渍
“例如，来自纳米粒子(如病毒或在细胞内外移动的粒子)的小信号可以被检测到，这使得同时观察它们的行为和细胞状态成为可能，”Ideguchi说
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