更小，更密集，更好的照明计算显微镜

　　为了扩大可编程照明提供的可能性，康涅狄格大学的一组研究人员开发了一种构建和校准自由形式照明器的策略，为计算显微镜提供了更大的灵活性。他们的校准方法使用血液涂层传感器来重建光源位置。他们演示了在傅里叶折痕显微术、3D层析成像和片上显微术中使用校准自由曲面照明器，并在实验中使用校准自由曲面照明器跟踪细菌生长。该小组的研究发表在2月20日的科学合作伙伴杂志《智能计算》上。

　　

   

   

(A)照明器的研制及其校准过程。使用涂有血迹的图像传感器来确定3D光源位置。(B)该照明器用于傅里叶折页显微术(第一排)、三维层析成像(中间排)和片上显微术(下排)。

为了扩大可编程照明提供的可能性，康涅狄格大学的一组研究人员开发了一种构建和校准自由形式照明器的策略，为计算显微镜提供了更大的灵活性。他们的校准方法使用血液涂层传感器来重建光源位置。他们演示了在傅里叶折痕显微术、3D层析成像和片上显微术中使用校准自由曲面照明器，并在实验中使用校准自由曲面照明器跟踪细菌生长。

该小组的研究发表在2月20日的科学合作伙伴杂志《智能计算》上。

使用自由形式照明的实验设置的新可能性不仅具有更大的灵活性，而且还具有更高的效率:“有了这个平台，我们可以开始将基于培养皿的实验从传统的劳动密集型过程过渡到自动化和简化的过程，”研究论文指出。

可编程光源简化了在不同显微镜环境下照明样品的工作，但传统的可编程阵列由单个灯组成的平面固定网格组成。一个由可以放置在三维空间任何位置的灯组成的阵列为实验人员提供了减少照明器尺寸的机会，将灯放置得更接近样本，并根据他们的特定要求增加灯的密度和调整照明角度。

在未来，通过更好的校准方法、更密集的照明安排、具有更大波长多样性的光源和调整后的位置估计，可以进一步增强自由形式的照明。

作者设计并建造了四种不同的自由形状照明器:倾斜平面、三角形金字塔、圆顶和莫比乌斯带。金字塔照明器有几个优点。它朝向样品的角度，在离样品最远的点上有最多的光，并且它可以放置在离样品非常近的地方以有效地传递光。

作者使用血液涂层传感器校准照明器。在传感器上涂上一层薄而密的粒子层，使作者能够使用射线追踪计算每个照明元素的位置。使用人血的优点是不需要复杂或昂贵的工具。然而，其他具有类似性质的物质可以用来代替它。作者验证了他们的校准方法，发现恢复的位置与实际位置吻合，只有很小的偏差。

作者在几个实验中演示了他们的自由形式照明器的使用。所有四个照明器都成功地用于傅里叶折页显微镜，这是一种计算显微镜技术，结合不同角度照明产生的不同图像。

金字塔照明器被用来捕捉分别被红、绿、蓝光照射的图像，这些图像被组合成全彩图像。它也被用于3D断层扫描，一种通过叠加3D样本的横截面图像来构建3D图像的技术。

金字塔照明器用于片上显微镜，样品直接位于传感器上，就像校准步骤中的血液涂片一样。将在自由形态照明器中使用不同光源产生的图像结合在一起，最终图像的分辨率高于任何单独的原始图像，这就是为什么这种技术被称为超分辨率显微镜。一个实验产生了血细胞的静态图像，另一个实验产生了在一块琼脂上的大肠杆菌菌落生长的延时序列。