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梯度光干涉顯微鏡 GLIM

Gradient Light Interference Microscopy

KOSTER & PHIOPTICS梯度光干涉顯微鏡 GLIM系統(tǒng)是一種無需標(biāo)記的用于厚組織樣品的三維定量斷層成像技術(shù)。GLIM技術(shù)能夠解決厚組織樣品的多重散射問題，從而提供高對(duì)比度的樣品圖像。此模塊可以做為外加設(shè)備安裝到主要品牌的顯微鏡設(shè)備上，包括KOSTER顯微鏡系統(tǒng)，而且可以與熒光成像通道疊加，只需要外光光源及標(biāo)準(zhǔn)的C型接口即可使用，非常方便。 廣州科適特科學(xué)儀器有限公司是本產(chǎn)品的授權(quán)代理，可提供定制及售后服務(wù)。

梯度光干涉顯微鏡系統(tǒng)是一種無像差的光學(xué)裝置，適用任何有1 ×視頻接口的顯微鏡，包括明場(chǎng)，熒光，寬場(chǎng)顯微鏡等，無需額外的附件或顯微鏡改造，都能立刻轉(zhuǎn)變成強(qiáng)大的3D圖像平臺(tái)。

簡(jiǎn)要介紹：

1. 有別于相差顯微鏡， 數(shù)字全息顯微鏡是基于獨(dú)特的相移顯微原理。光波在經(jīng)過物體表面反射或者透過物體之后，受物體表面形貌或者是物體內(nèi)部不同物質(zhì)折射率的影響而產(chǎn)生相移，這樣就攜帶上了物體的三維特征。

2. 顯微鏡能夠?qū)崿F(xiàn)三維形貌的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，得益于它非掃描機(jī)制。抓取單張全息圖的時(shí)間是由相機(jī)的

快門速度決定的，因此數(shù)字全息顯微鏡能夠輕松實(shí)現(xiàn)普通視頻速率，比如30幀/秒。

3. 透明樣品，比如說細(xì)胞，利用傳統(tǒng)的相襯顯微鏡只能進(jìn)行觀測(cè)。透射式的數(shù)字全息顯微鏡記錄

光在經(jīng)過細(xì)胞之后的相移信息，不僅能觀測(cè)細(xì)胞，還能進(jìn)行三維重建和量化分析，因此也被稱為

量化相襯顯微法。細(xì)胞中的相移是由細(xì)胞內(nèi)不同組織細(xì)微折射率的變化引起的，因此數(shù)字全息顯

微鏡觀測(cè)細(xì)胞無須對(duì)細(xì)胞進(jìn)行任何標(biāo)記，比如熒光染色，納米顆粒或是輻射，這樣不會(huì)對(duì)被觀測(cè)

細(xì)胞造成任何損傷或是外在影響。

4. 獨(dú)特光路設(shè)計(jì)，和其他干涉技術(shù)一樣，數(shù)字全息顯微鏡產(chǎn)生干涉的前提是兩束光的光程差要小于

相干長(zhǎng)度。由于觀測(cè)不同大小物體需要使用不同放大倍數(shù)的物鏡，因此物光O的光程會(huì)因此改

變。數(shù)字全息顯微鏡能根據(jù)不同物鏡自動(dòng)調(diào)節(jié)參考光R的光程，使得兩束光的光程差總是符合產(chǎn)

生干涉的條件，這種設(shè)計(jì)也使得各物鏡下達(dá)到共焦的效果。

5. 與共聚焦(Confocal Microscope)的比較 全息定量相位顯微鏡采用非掃描 (non-scanning) 技術(shù)，全

視場(chǎng)瞬態(tài)成像四維量測(cè)，單幀全息圖包含三維形貌信息，縱向亞納米測(cè)量精度由激光本征波長(zhǎng)決

定，使用普通顯微物鏡便于維護(hù)保養(yǎng)，共聚焦顯微鏡(Confocal Microscope)同樣采用掃描技術(shù)測(cè)

量靜態(tài)三維形貌，單張測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)因此也無法實(shí)現(xiàn)四維形貌測(cè)試。

6. 無標(biāo)記生物細(xì)胞觀測(cè)，得益于數(shù)字全息顯微鏡對(duì)生物細(xì)胞非侵入式的視覺化量化分析能力，多種

在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注。例如圖5所示，數(shù)字全息顯微鏡可以測(cè)量單個(gè)血紅細(xì)

胞的三維形貌，由于無需掃描，測(cè)量過程是實(shí)時(shí)的，因此也可以對(duì)多細(xì)胞進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤分析。下

圖展示了數(shù)字全息顯微鏡對(duì)酵母菌的動(dòng)態(tài)跟蹤，可以三維實(shí)時(shí)觀測(cè)酵母菌的移動(dòng)和細(xì)胞分裂

7. 無標(biāo)記細(xì)胞成像和分析工具為研究人員提供了開創(chuàng)性的新方法來研究單個(gè)細(xì)胞水平的細(xì)胞形態(tài)和

動(dòng)態(tài)行為。它們以****的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性追蹤單個(gè)細(xì)胞，而且無需標(biāo)記，能夠持續(xù)數(shù)小時(shí)到

數(shù)天而不傷害細(xì)胞。

技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)：蓋布利爾·波佩斯庫(kù)課題組，實(shí)驗(yàn)室：美國(guó)伊利諾伊大學(xué)生物工程系、電氣與計(jì)算機(jī)工程系、物理系、細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)系 伊利諾伊大學(xué)微納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 先進(jìn)科技研究所定量光成像實(shí)驗(yàn)室 貝勒醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系

工作原理

主要特點(diǎn)：

1. 無需樣品準(zhǔn)備，非侵入式成像，避免樣品染色對(duì)細(xì)胞的損傷。

2. 適合樣品厚度從50 μm – 350 μm+

3. 定量測(cè)量: 樣品厚度和干重

4. 無需樣品標(biāo)記，能夠連續(xù)成像從毫秒到幾天

5. 能夠跟現(xiàn)有的顯微鏡系統(tǒng)整合在一起

6. 可進(jìn)行編程的4D (tiling， z-scan， time series)掃描和全分辨率情況下12幀/秒的圖像獲取

7. 多通道圖像的無縫疊加，包括熒光通道的疊加

8. ImageJ-基礎(chǔ)的工具套裝進(jìn)行測(cè)量和3D 圖像重構(gòu)

典型應(yīng)用

1. 腦組織及腦片成像

   2. 器官及組織的三維成像

   3. 發(fā)育生物學(xué)，胚胎研究

   4. 模式動(dòng)物研究 ( 蠕蟲， 斑馬魚，果蠅等)

三維成像

白光衍射斷層成像

參考文獻(xiàn)

[1] G. Popescu (2011) Quantitative phase imaging of cells and tissues (McGrow-Hill， New York)

[2] T. Kim， R. Zhou， M. Mir， S. D. Babacan， P. S. Carney， L. L. Goddard and G. Popescu， Nature Photonics， 8， 256-263 (2014)

[3] M. Mir， S. D. Babacan， M. Bednarz， M. N. Do， I. Golding and G. Popescu， PLoS ONE， 7 (6)， e38916 (2012)