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“新工具”有望实现无辐射透视检查

“新工具”下,两种中华虎甲的复眼三维成像结果。

“同一期权威杂志上同时刊登了我们的三篇研究论文,说明在该光学领域,我们的研究得到了国际同行的认可,走在了国际前列。”3月3日,中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室主任姚保利自豪地说。

这三篇论文的题目,分别是:“大尺寸昆虫三维彩色成像”、“透过散射介质的微粒实时光学微操纵”和“叠层成像术的三维空间优化”,都发表在2月18日出版的美国光学学会旗下权威期刊《Optics Express》上,研究成果都来自姚保利研究组。

探索微观世界的新工具

亿万年的进化,使得生物结构变得非常复杂、精巧,承载了多样的功能和迷人的景象。在不同尺度、不同维度和不同部位,对于生物结构的观察与形态分析,为科学研究提供了最直接的证据,在众多学科领域扮演着不可或缺的角色。目前,高分辨率三维成像技术已经在生物学领域有了广泛的应用,并推动着生物学研究不断取得新的进展。但目前已有的技术仍存在许多不足,如对大样品进行三维成像时数据量大且耗时,高分辨率与大成像视场难以同时满足,样品自然色彩难以获取等。

为什么微观物体自然色彩难以获取?姚保利解释道:“虽然我们日常普通的相机也可以拍摄出彩色照片,但是到了微观领域,由于昆虫内部结构极其精细,无法采用自然光线照明,必须使用高亮度的激光或单色光,通常只能得到二维单色图片。”因此,寻找一种能够对昆虫进行快速三维成像并获得其高分辨形貌信息和色彩信息的设备,就成了昆虫分类学家和相关研究领域的迫切需要。

为了解决上述问题,团队在前期工作的基础上,与中科院动物研究所合作,通过对光学成像系统和相关算法进行优化升级,使得系统实现了高分辨率、大尺寸、三维、快速、全彩色和定量分析等六大成像要素的有效提升。姚保利坦言:“我们研发的显微成像系统,是一种特殊设计的显微镜,可实现快速三维成像。昆虫大小不一,从肉眼不可分辨的昆虫到较大的如甲壳虫,从亚毫米量级到厘米量级大小差异较大,一般显微镜都是应用于毫米级及以下的物品,但我们成像系统可以应用于厘米级昆虫拍摄,能够清晰展示其三维结构,实现高分辨率、彩色快速成像。”该研究是以往技术突破的集大成,对大尺寸昆虫的高分辨三维定量分析具有重要的参考意义,为昆虫结构色的研究提供了新的技术手段,在进化生物学、仿生学、分类学、功能形态学、古生物学和工程学等领域具有广泛的应用前景。

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