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光學顯微鏡是生命科學、醫(yī)學、材料學等多個領域不可或缺的研究工具。物鏡是顯微鏡的核心器件，決定了顯微成像的兩個關鍵參數(shù)：分辨率和成像視場。物鏡的成像視場和分辨率往往是相互制約的，具備亞微米分辨率物鏡的成像視場往往被限制在1mm左右。近年來，跨尺度高通量的成像需求日益增長，常規(guī)顯微物鏡無法同時滿足大視場高分辨的成像特性。介觀顯微物鏡具有復雜的光學結(jié)構(gòu)與優(yōu)秀的像差優(yōu)化，可以同時實現(xiàn)高數(shù)值孔徑和超大的成像視場，能顯著提升光學顯微鏡的成像通量。目前的介觀物鏡成像波段單一，僅能進行可見光或近紅外單波段成像，無法滿足多樣化熒光成像的要求。此外，現(xiàn)有介觀物鏡成像視場直徑集中在3mm-6mm，而越來越多的應用場景需要進一步提升介觀物鏡的成像視場，以獲取更高的成像通量。
近期，蘇州醫(yī)工所史國華團隊設計了介觀視場下的平場復消色差物鏡結(jié)構(gòu)，研制出已報道的亞微米分辨率下，成像視場最大，工作波段最寬的介觀顯微物鏡，并搭建相關單光子/雙光子
成像系統(tǒng)(圖1)。該物鏡具備8mm視場直徑，0.5NA數(shù)值孔徑，且成像波段可達400-1000nm。利用該物鏡對小鼠腦及腎切片成像，獲得了單幀13.5億像素的超高通量圖像(圖2a)。與20倍0.5NA的商業(yè)物鏡進行定量對比，結(jié)果顯示該介觀物鏡與商業(yè)物鏡具備相似的成像質(zhì)量，卻擁有超過商業(yè)物鏡40倍的成像視場面積；并且首次在同一個物鏡上實現(xiàn)單、雙光子介觀成像(圖2b)。實驗結(jié)果表明，該物鏡在大尺度樣本高分辨多波段成像方向具有重大潛力，如腦圖譜繪制，跨腦區(qū)單、雙光子成像，類器官高分辨成像等。
該工作以“Large-field objective lens for multi-wavelength microscopy at mesoscale and submicron resolution”為題發(fā)表于期刊Opto-Electronic Advances(中國科學院一區(qū))。論文第一作者為博士生徐欣，通訊作者為史國華研究員。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃、中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究青年團隊計劃等項目的支持。
圖1 介觀物鏡結(jié)構(gòu)及成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖2 生物樣本成像結(jié)果
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