西安光机所在无标记三维显微成像领域取得进展
本报讯（记者 关颖）近日，中国科学院西安光机所瞬态光学研究室姚保利研究员团队在无标记三维显微成像领域取得新进展，可在2.7秒内为微观样品完成无接触3D全身透视成像。
光学衍射层析（ODT）是一种无标记、非侵入、定量化的三维显微成像技术，能够重建透明或半透明样品内部的三维折射率分布，在细胞生物学、组织病理学、微生物学和材料科学等领域具有重要应用价值。传统ODT系统通常依赖马赫-泽德干涉仪结构、高相干激光光源以及机械扫描装置，系统结构复杂，对稳定性要求极高。近年来兴起的基于LED阵列的强度型ODT方法虽然简化了硬件结构，但通常需要采集多幅强度图像，依托复杂迭代算法恢复相位，制约了成像速度与重建效率。
针对以上技术痛点，研究团队提出一种基于可编程LED阵列照明和定量相位相机的光学衍射层析成像方法（LED-ODT）。该方法在普通商业显微镜基础上改造升级，通过可编程LED阵列实现快速、无机械的多角度照明，依托团队自主研发的定量相位相机Q-camera，单次曝光即可获取单角度照明下样品的复振幅信息；后续结合Rytov近似（Rytov近似是一种应用于光学和地球物理成像的线性化理论，主要用于处理光波或地震波传播过程中遇到弱扰动时的相位变化。在光学衍射层析成像中，Rytov近似通过简化波场方程，将多角度复振幅数据映射至三维频域，从而快速重构样品的折射率分布）与傅里叶衍射定理，将多角度复振幅数据映射至三维频域，最终重构出样品的三维折射率分布。
研究团队搭建了由15×15可编程LED阵列和Q-cam⁃era组成的紧凑型无标记三维显微成像系统。该系统最大照明角度可达52.9°，能够在2.7秒内完成225个照明角度下的干涉图采集。该技术兼具传统干涉ODT的复振幅测量精度、共光路ODT的相位测量稳定性，以及强度型ODT的硬件简洁性与操作便捷性，实现了精度、稳定性与易用性的三者兼顾。
该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。目前，团队已与国内外多家科研院所、高校开展深度合作，先后针对流场可视化、工业检测等应用场景，研发多款无标记三维显微成像装置。