西安光機所先進光學成像研究不斷取得新進展 ——三篇論文同時刊登於《Optics Express》

2021-02-20 微西光

在第一篇題為「Large-scale 3D imaging of insects with natural color」的文章中，實現了大尺寸昆蟲自然色三維高解析度定量成像。我們知道，經過億萬年的進化，生物結構非常複雜與精巧，並承載了多樣的功能和迷人的景象。生物結構在不同尺度、不同維度和不同部位的觀察與形態分析，為科學研究結果提供最直接的證據，在眾多學科領域扮演著不可或缺的角色。目前高解析度三維成像技術已經在生物學領域有了廣泛的應用，並推動著生物學研究不斷取得新的進展。但是已有的技術與研究工具還存在一些不足，比如對大樣品進行三維成像時數據量大且耗時，高解析度與大成像視場難以同時滿足，樣品自然色彩難以獲取等。因此，尋找一種能夠對昆蟲進行快速三維成像，並獲得其高分辨形貌信息和色彩信息的設備，就成為了昆蟲分類學家和相關研究領域的迫切需要。

為了解決這些問題，課題組在前期工作的基礎上，與中科院動物研究所合作，通過對彩色結構照明光學成像系統和相關算法進行改造升級，克服了已有三維成像方法的缺陷，大大提升了系統的光能利用率和照明均勻性，使得成像系統在高解析度、大尺寸、三維、快速、全彩色和定量分析等六大成像要素上均得到了有效提升。該研究對大尺寸昆蟲的高分辨三維定量分析具有重要的參考意義，同時為昆蟲結構色的研究提供了新的技術手段，在進化生物學、仿生學、分類學、功能形態學、古生物學和工程學等領域具有廣泛的應用前景。

　　圖2.兩種中華虎甲的三維成像結果。(a) 虎甲1的最大值投影圖（4X, NA0.2）,其三維成像體積約為18.7 x 9.4 x 7.0 mm3。(b) 利用20X, NA0.45物鏡對圖(a)中紅色方框內區域進行成像的最大值投影結果。(c) 圖(b)的三維形貌信息。(d) 圖(c)中藍色曲線所經過的複眼的三維輪廓曲線。(e) 虎甲2的最大值投影（4X, NA0.2）,其三維成像體積約為19.5 x 8.3 x 6.6 mm3。(f) 利用20X, NA0.45物鏡對圖(e) 中紅色方框內區域進行成像的最大值投影結果。(g) 圖(f)的三維形貌信息。(h) 圖(g)中藍色曲線所經過的複眼的三維輪廓曲線。

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