2021年7月5日，荷兰埃因霍温， imec 研究人员开发的荧光显微镜将能够实现高通量和高分辨率，而无需透镜组件。该技术可以显着加快下一代 DNA 测序和细胞研究，并实现更大规模的研究。
imec 首席科学家 Niels Verellen 表示，研究人员在使用普通荧光显微镜时面临的部分问题源于镜头的某些局限性。随着放大倍数的增加，吞吐量 - 或视野 - 会减少。
可以精确控制光场的干涉图案以形成照明点，由 Niels Verellen/imec 提供
“我们正在寻找一种在不影响分辨率的情况下进行高通量荧光显微镜检查的方法，”Verellen 告诉 Photonics Media。
传统上，无透镜成像技术使用相干光来执行全息重建。使用荧光显微镜，没有相干性。
Verellen 和他的团队使用科学 CMOS 成像器，类似于在宽视场荧光显微镜中发现的成像器，作为构建新设备的基础。光源耦合到芯片。
“整个概念的主要挑战在于在我们用于激发的芯片中产生光场，”他说。
Imec 首席科学家 Niels Verellen，由 imec 提供
该设备的主要工作原理是产生具有多个焦点的光场，从而实现显微镜的高通量。
Verellen 说：“我们希望大面积的电网具有大的吞吐量。” “这些光点之间的间距需要足够大才能完成这项工作。”
他和他的团队创建了一个新的数学模型来生成光场。
“这根本不是一件小事，”他解释说：“非常简单地说，素数在这个故事中发挥作用，所以素数分解为我们提供了如何生成这些模式的解决方案。”
该团队着眼于实现至少 200 nm 的焦点，这是传统荧光显微镜达到其极限的地方。根据其计算，100 到 200 nm 是在可能的范围内。
“我们的目标是 100 nm，但我们可能更接近 200 nm，”Verellen 说。
在解释这项技术的结构和功能时，Verellen 说：“我们拥有的是一层可以引导光的材料，在该材料的表面上有一小部分漏出的光。我们使用该光激发样品中的荧光标记。我们的魔力在于在波导层中以这样一种方式构建光，即我们制作一个焦点网格，从而可以重建高分辨率图像。所以我们不需要镜头，因为最终集成光子电路在显微镜中扮演镜头的角色。”
此外，没有复杂和笨重的光学器件和物镜，该设备变得非常小。
“我一直在想的一件事是，你想想生物实验室，你正在研究一些细胞相互作用，或者你观察新药的细胞吸收，看看它如何影响这些细胞——你需要统计数据，”维伦说：“因此，一次测量是不够的，因此理想情况下，您希望重复此操作并改变参数。因此，如果您有一台显微镜，可能需要很长时间才能到达那里。
现在，如果以与一台显微镜相同的成本，将 10 个小型芯片级设备放在同一张桌子上，占用相同数量的实验室空间，那么您将极大地提高吞吐量。你可以开始考虑设置不同类型的实验。由于时间/吞吐量限制，最初您无法调查的事情变得可能，变得可行。
部分研究发表在《物理评论快报》上。