透明生物樣品的光學顯微鏡成像可以大體(ti) 分為(wei) 無標記和有標記這兩(liang) 類。兩(liang) 者都致力於(yu) 產(chan) 生一種對比度機製，以實現所用波長照明下透明樣品結構的可視化。基於(yu) 標記的成像依賴於(yu) 染色劑和各種造影劑在某些感興(xing) 趣的結構處產(chan) 生熒光。無標記成像是非侵入性的，以特異性為(wei) 代價(jia) 簡化了樣品製備，並避免了造影劑的任何可能的毒副作用。定量相位成像是無標記成像的一種，它依賴樣品和周圍介質的相位差(表現為(wei) 折射率差)對透明結構成像。數字全息就是這樣一種常用的無標記手段，樣品的數字全息圖可以在焦平麵外采集，然後在後處理中通過數值求解模擬波前傳(chuan) 播過程的衍射積分進行數字聚焦。數字全息已在生物學、診斷學和醫學、微流控和片上實驗室成像(lab on a chip)、三維追蹤、細胞力學、即時檢驗(point of care testing)、環境監測等領域得到了廣泛的国产成人在线观看免费网站。
博覽：2021Light Sci Appl植物細胞的脫水推動細胞核旋轉用於(yu) 實現3D相襯層析成像
技術背景：
透明生物樣品的光學顯微鏡成像可以大體(ti) 分為(wei) 無標記和有標記這兩(liang) 類。兩(liang) 者都致力於(yu) 產(chan) 生一種對比度機製，以實現所用波長照明下透明樣品結構的可視化。基於(yu) 標記的成像依賴於(yu) 染色劑和各種造影劑在某些感興(xing) 趣的結構處產(chan) 生熒光。無標記成像是非侵入性的，以特異性為(wei) 代價(jia) 簡化了樣品製備，並避免了造影劑的任何可能的毒副作用。定量相位成像是無標記成像的一種，它依賴樣品和周圍介質的相位差(表現為(wei) 折射率差)對透明結構成像。數字全息就是這樣一種常用的無標記手段，樣品的數字全息圖可以在焦平麵外采集，然後在後處理中通過數值求解模擬波前傳(chuan) 播過程的衍射積分進行數字聚焦。數字全息已在生物學、診斷學和醫學、微流控和片上實驗室成像(lab on a chip)、三維追蹤、細胞力學、即時檢驗(point of care testing)、環境監測等領域得到了廣泛的国产成人在线观看免费网站。
相襯層析(phase contrast tomography，PCT)可以從(cong) 不同方向探測樣品，從(cong) 而測量出樣品的三維折射率分布。多方向探測可通過移動光源、旋轉樣品的等方式獲得樣品不同方向的信息。
當前不足：
當前基於(yu) 數字全息的PCT需要在機械或光電激光束掃描設備的情況下完成三維成像。
文章創新點：
基於(yu) 此，意大利那不勒斯費德裏克二世大學的Zhe Wang(第一作者)和Pietro Ferraro(通訊作者)等人利用植物細胞在脫水過程中會(hui) 引起細胞核顯著旋轉的特性，結合基於(yu) 數字全息的PCT，實現了無需額外掃描機製的洋蔥表皮細胞核三維層析成像。
原理解析：
(1) 實驗裝置。如圖1所示，所用為(wei) Mach-Zehnder幹涉光路。激光器出光經過第一個(ge) 半波片(HWP1)和偏振分光棱鏡(PBS)組合，分成物參光能量比可調(通過旋轉HWP1實現)的物光和參考光。參考光路有第二個(ge) 半波片(HWP1),用於(yu) 調整參考光的偏振方向，使得最終的幹涉對比度最大。物光和參考光的光路使用相同的物鏡，用於(yu) 抵消物鏡引入的相位畸變。最終物光和參考光經過分光棱鏡(BS,非偏振敏感)合束，被相機接收。通過旋轉BS以改變物光和參考光之間的夾角，以形成離軸幹涉幹涉光路。激光器輸出功率20mW(MSL-III-532,長春新產(chan) 業(ye) )，25X/0.4物鏡(GCO-2114MO，大恒新紀元)。
(2) 植物細胞誘導脫水引起細胞核在一個(ge) 大的範圍內(nei) 旋轉。植物細胞有細胞壁，原生質體(ti) 被細胞壁給包圍著。原生質體(ti) 包含了細胞膜、細胞核、細胞質和細胞器。植物細胞中一個(ge) 典型的細胞器是液泡，這是一個(ge) 由液泡膜包裹著儲(chu) 存細胞液的容器。一個(ge) 成熟的植物細胞，液泡通常占據了80%到90%之間的細胞體(ti) 積。通過將環境濕度降至35%，保持20℃的常溫，可以使得液泡內(nei) 的細胞液逐漸蒸發，液泡逐漸縮小的同時會(hui) 引起細胞核的旋轉，這個(ge) 過程很緩慢，用於(yu) PCT觀察的時間窗口為(wei) 7個(ge) 小時，在這段時間內(nei) 不會(hui) 對植物細胞造成不可逆的傷(shang) 害。
(3) 旋轉角估計。簡單而言，將細胞核看作一個(ge) 橢球體(ti) ，橢球體(ti) 有一個(ge) 沿x軸的長軸，一個(ge) 沿y方向的最大短軸，一個(ge) 沿z方向的最小短軸，如圖2c,d。橢球體(ti) 繞x軸滾動旋轉，並沿著z軸投影，長軸長度不變。短軸隨著旋轉角度發生變化，根據短軸的角度就可以知道旋轉角度，如圖2e,h。
(4) 濾波反投影法三維層析重建。濾波反投影是一種很成熟的算法，此文對於(yu) 重建隻是一筆帶過。根據全息重建得到的相位圖及其相應的旋轉角，可以使用濾波反投影法獲得植物細胞核的3D層析圖。有一個(ge) 現成的python包可以借鑒此算法，見https://neutompy-toolbox.readthedocs.io/en/latest/index.html
視頻1：恢複細胞核滾動角的方法，用於(yu) 3D相襯層析成像(PCT)
視頻2：兩(liang) 個(ge) 植物細胞核的3D層析重建
視頻3：在紅色激光下捕獲的四個(ge) 植物細胞核的3D層析重建
參考文獻：Wang, Z., Bianco, V., Pirone, D. et al. Dehydration of plant cells shoves nuclei rotation allowing for 3D phase-contrast tomography. Light Sci Appl 10, 187 (2021).
DOI：https://doi.org/10.1038/s41377-021-00626-2
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