近日，中科院西安光機所聯(lián)合瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院，在生物光學(xué)顯微成像與微操縱方面取得進展。該團隊提出了光鑷切片顯微術(shù)，實現(xiàn)了懸浮生物細胞的全光式三維成像，為光鑷技術(shù)開拓了新應(yīng)用方向。

光學(xué)切片能夠有效分離光學(xué)成像過程中的離焦信號進而提取焦信號，是解析細胞三維結(jié)構(gòu)和厚組織深層形態(tài)的重要工具，其實現(xiàn)方法包括共聚焦、雙光子、光片、結(jié)構(gòu)光照明顯微等技術(shù)。但是，這些技術(shù)依賴樣品的機械式固定或粘附，難以適用于懸浮運動目標，限制了其在細胞原位觀測中的應(yīng)用。此外，人工固定方法存在干擾細胞正常生理機能的風(fēng)險。

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光鑷切片顯微術(shù)基本原理

為解決懸浮細胞三維成像難題，該研究將全息光鑷與結(jié)構(gòu)光照明顯微結(jié)合，研制出光鑷切片顯微術(shù)，為光學(xué)切片三維成像提供了全光式解決方案。這一技術(shù)的基本思想是利用全息光鑷對懸浮細胞進行固定和軸向掃描，在每個軸向切片位置，采集三幅等相移的結(jié)構(gòu)光照明圖像，最后通過OS-SIM算法重建細胞三維圖像。

其中，全息光鑷在這一技術(shù)中扮演了三重角色。一是，全息光鑷通過瓣狀光勢阱實現(xiàn)細胞的多自由度光學(xué)束縛，將其布朗運動限制在成像分辨率和結(jié)構(gòu)光條紋周期內(nèi)，這對結(jié)構(gòu)光照明顯微成像至關(guān)重要。二是，全息光鑷對細胞的軸向操控能力滿足樣品掃描需求，消除了對機械平移臺的依賴。三是，集成全息光鑷的顯微技術(shù)展現(xiàn)出多功能性，兼具對細胞陣列的三維組裝和成像功能，有望為細胞動力學(xué)及胞間通信研究提供三維視角。

上述研究實現(xiàn)了光學(xué)微操縱技術(shù)與結(jié)構(gòu)光照明顯微的交叉融合，通過光鑷的非接觸式操控能力，突破了懸浮細胞光學(xué)切片三維成像的技術(shù)瓶頸，建立了“光學(xué)捕獲-光學(xué)切片-三維重構(gòu)”技術(shù)途徑，為生物成像與操控從2D向3D范式轉(zhuǎn)換提供了途徑。同時，該成果有望促進光鑷與其他顯微技術(shù)的跨領(lǐng)域融合研究，以滿足一些應(yīng)用對各向同性分辨率、大視場和超分辨率成像的需求。

7月2日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃等的支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx3900