科研学术

        近日，光电科学与工程学院汪平河教授团队在《Optica》上以“Computational tomography: high-resolution tomographic cell imaging via transmission matrix”为题，发表了基于传输矩阵进行纳米量级细胞层析成像的最新研究成果。该研究首次提出了基于传输矩阵的纳米层析成像技术，通过采用白光衍射相位显微镜，对红细胞和白细胞进行了层析成像，系统轴向分辨率达到5nm，横向分辨率达到100nm，为细胞微观结构的精确可视化提供了可行的方案。电子科技大学光电科学与工程学院为第一完成单位，电子科技大学光电科学与工程学院博士生刘康、吴佳为共同第一作者，汪平河教授、中国科学院杭州医学研究所史国华教授为共同通讯作者。

        在不破坏样本的情况下获得细胞的层析成像一直是一个具有挑战性的问题。传统的相位显微镜只能获得细胞表面图像，并且在成像时往往需要对样品进行荧光标记或染色。而传统的层析技术成像分辨率低，例如光学相干层析成像系统的轴向分辨率受限于低相干光源的带宽，通常为10-15μm；共聚焦显微镜由于光的散射和吸收，成像深度较浅且在深层成像时分辨率较低。如何实现细胞的无侵入、非标记高分辨率层析成像，获取细胞的微观结构细节和精确的可视化是目前所面临的关键问题。

        本研究基于传输矩阵进行纳米级超分辨细胞层析成像研究，使用白光衍射相位显微镜获取细胞的相位图，通过采用高斯小孔作为数字合成孔径获取高维传输矩阵，再对该矩阵进行奇异值分解提取目标信息构建不同深度的细胞层析图像。图1为红细胞层析成像图，轴向分辨率为5 nm；图2对白细胞中嗜碱性粒细胞和单核细胞分别成像，可以观察到细胞核的双叶和单核形态，横向分辨率为100 nm。该技术为高分辨率细胞成像提供了一种高效且无创的方法，在医学诊断和生物研究中具有广泛的应用前景。

红细胞层析成像图

不同白细胞层析成像图

        本研究是与电子科技大学光电科学与工程学院张静副教授和王天鹤博士合作完成。陈琨教授在论文的修改和完善过程中提供了重要指导与帮助。研究开展受到了四川省区域创新合作计划、国家自然科学基金、四川省科技计划等项目的支持。

        论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.555278

        作者简介：汪平河，电子科技大学光电科学与工程学院教授、博士生导师，主要从事生物光子学和计算光学成像方面的研究。主持完成国家重点研发计划课题、自然科学基金（面上项目）、四川省重点研发计划等项目十余项。以一作/通讯在Light: Science & Applications、APL Photonics、Optics and Lasers in Engineering、Optics Express等期刊发表论文20余篇。