即插即用镜头简化了显微镜的自适应光学系统

研究人员开发出了一种新型的即插即用设备，可以为商业光学显微镜增加自适应光学校正功能。自适应光学器件可以极大地提高从生物样本中获取的图像的质量，但是到目前为止，实现起来极为复杂。

意大利摩德纳大学和雷焦艾米利亚大学的研究人员表示：“改善生命科学家可用的技术可以加深我们对生物学的了解，从而为医生提供更好的药物和疗法。”

在美国光学协会（OSA）的《光学通讯》杂志中，来自代尔夫特理工大学（TU Delft），光子与纳米技术研究所（CNR-IFL）和鹿特丹大学医学中心的多学科研究团队描述了他们的新型自适应透镜设备。他们展示了如何将其轻松安装到商用多光子显微镜的物镜上以提高图像质量。如图所示用光片显微镜采集并用自适应透镜校正的小鼠大脑的一部分。

研究人员说：“这种方法将使诸如多光子显微镜之类的先进光学技术能够在活生物体的大脑表面下更深地成像。” “我们期待看到它也可以在其他系统中实现，例如光片显微镜、超分辨率系统、甚至是简单的落射荧光显微镜。”

成像更深

光学显微镜可用于在自然条件下对生物样品成像，从而可以随时间观察各种生物过程。但是，随着光穿过组织，它会失真。随着光深入组织内，这种失真会变得更加严重，从而导致图像看起来模糊并掩盖重要的细节。

自适应光学最初开发的技术用于在使用望远镜观察天体时补偿大气湍流，该技术可用于校正通过厚组织成像时出现的光学像差。但是，这样做通常需要构建包含可变形镜的定制显微镜。该反射镜用于补偿变形，从而产生清晰而清晰的图像。

研究人员说：“在现有的显微镜中，包括可变形镜，几乎是不可能的，而且市场上还没有商用的自适应显微镜。” “这意味着生命科学家使用自适应光学器件的唯一选择是从头开始构建整个显微镜，对于大多数生命科学实验室而言，这种操作既困难又耗时。”

如图所示即插即用镜头简化了显微镜的自适应光学。该自适应透镜可简单地安装在显微镜物镜上，以向任何具有可互换物镜的现有显微镜添加自适应光学校正，并在计算机屏幕上显示图像。

更简单的途径

为了简化此设置，研究人员创建了一个由玻璃制成的智能镜头，它很薄，可以弯曲而不会破裂。镜头由装有透明液体的玻璃盘状容器组成。可以用计算机控制玻璃边缘上的一组18个机械致动器，以将玻璃弯曲成所需的形状。

镜头的功能类似于大多数自适应光学装置中使用的可变形反射镜，但它不反射光，而是透射光。当光穿过透镜内部的液体时，它会根据透镜的形状而发生不同程度的扭曲。 研究人员表示：“这类似于用手挤压一瓶水时所看到的变形图像。”

使用透镜进行自适应光学校正需要复杂的算法来控制执行器。研究人员说：“DONE算法（数据库在线非线性极值搜索器）使高效的光学校正成为可能，这是一种非常优雅的解决方案，基于类似于机器学习的原理，而该原理是我们之前在DEL Delft开发的。”

快速结果

研究人员测试了该新软件，并将该自适应软件应用于商用多光子显微镜的物镜，并通过github将其提供给其他人。他们使用显微镜对活老鼠的大脑进行钙成像，这是用显微镜进行的最复杂的生命科学实验之一。

研究人员表示：“我们在几个小时内取得了非常好的成绩，超出了我们的预期。” “这项技术可以在任何现有的具有可互换物镜并在计算机屏幕上显示图像的显微镜上进行改装。”

研究人员现在正在其他类型的显微镜和样品上测试该系统，同时还探索是否可以使用多个自适应透镜来实现比使用可变形反射镜的更复杂技术更好的校正。该团队还成立了一家衍生公司，以将多驱动器自适应镜头商业化。

新镜头也可能对显微镜以外的应用有用。研究人员表示：“我们的新设备还可以应用于其他领域，例如自由空间光学通信，它可以提高数据连接速率，并将数据连接带到偏远和孤立的地区。”

原文链接：https://phys.org/news/2020-06-plug-and-play-lens-optics-microscopy.html