美团队开发新型显微技术，突破快速 3D 成像极限

北京 8 月 17 日消息，美国加州大学圣克鲁斯分校团队开发出新型显微技术，借助 25 台相机组成的高速显微镜，能一次性捕捉小型生物体内实时细胞动态。该成果发表于《光学》期刊，将推动生物医学研究迈向更高维度与智能化。 传统显微镜获取 3D 图像时，依赖机械聚焦或逐层扫描，速度慢且易导致图像畸变、信息丢失，难以捕捉生物动态。为此，团队开发 M25 新型显微镜系统，基于多焦点显微镜技术扩展，用 25 个同步相机同时记录不同焦平面图像，实现无需扫描的高速 3D 成像。

新显微镜可在 180×180×50 微米的 3D 空间内，以每秒超 100 个体积帧率采集 25 个焦平面数据，达到实时成像。其核心是特制衍射光学元件，将入射光引导至 25 个相机。团队还设计定制闪耀光栅集成在相机镜头前，校正多焦点光栅引起的色散效应。

M25 用轻巧定制光栅替代传统笨重棱镜系统，适用于观察胚胎发育和自由运动的小型模式生物。验证中，团队对秀丽隐杆线虫和黑腹果蝇等活体生物实时 3D 成像，能全程追踪线虫在 3D 空间的运动轨迹，为解析生物神经系统、研究基因突变等对动物行为的影响提供新工具。此外，M25 可直接安装在标准商用显微镜侧端口，除特制元件外无需额外专用硬件，降低推广门槛。 实时 3D 显微镜技术突破为生物医学研究带来变革，能实现活体样本高分辨率动态观测。未来有望与人工智能结合，捕捉更微观动态，推动生物医学在基础研究和临床应用领域不断突破。