当你把最先进的显微镜和天文学家使用的一种技术结合起来，通过大气湍流获得天体的清晰视图时，你会得到什么?你会得到一种新的显微镜，可以让你看到生命系统深处令人惊叹的细胞3D电影。例如，下面的视频片段显示癌细胞(绿色)侵入血管(紫色)。

捕捉到上面视频的AO-LLS(自适应光学晶格光片)显微镜是由物理学家Eric Betzig领导的一组研究人员开发的。它融合了点阵光片显微镜和自适应光学。点阵光片显微镜是将一层薄薄的光扫过细胞，而自适应光学是望远镜用来校正光在大气中传播时的视觉干扰的一种方法。

根据瘾科技科学家们第一次窥视了活细胞，并制作了视频，以前所未有的3D细节展示了它们是如何运作的。来自哈佛大学和霍华德休斯医学研究所的一个研究小组利用一种特殊的显微镜和新的照明技术，以前所未有的3D细节和分辨率捕捉到了斑马鱼免疫细胞的相互作用。这项技术已经对细胞功能产生了新的见解，并可能改变我们对生物体如何在最小尺度上运作的理解。”

活细胞成像的两个主要挑战

AO-LLS显微镜克服了在活组织中成像细胞的两个最大挑战。第一个挑战来自于照明方法:光线通常是如此明亮和刺眼，以至于它会损害科学家们试图研究的细胞。

“生命并没有进化到能够承受这种虐待的程度。如果你不直接杀死细胞，你总是会想，‘我对这个可怜的东西做了什么，我真的看到了它正常的样子吗?’”贝齐格说。

LLS显著降低了成像细胞所需的光量。LLS显微镜并不新鲜，但随着光线深入多细胞系统，分辨率会下降。

Betzig告诉自然“它无法在样本深处成像，因为光线穿透组织的深度越深，它就会扭曲或弯曲得越多。因此，尽管它可以对盖片上的细胞成像，但却无法对生长中的胚胎进行成像。现在，这个限制已经被解除了。”

这就是第二个挑战。研究人员需要解释当你试图对样本深处的细胞进行成像时发生的扭曲。

根据国家地理为了纠正这个问题，贝齐格从天文学家那里借用了一种叫做自适应光学的技术。利用地球上的望远镜，我们星球的大气层同样会扭曲拍摄到的遥远太空物体的图像。自适应光学测量这种畸变并进行校正，从而提供恒星、星系和其他宇宙物体清晰、稳定的图像。”

结果令人震惊，使科学家能够看到自然状态下的活细胞。这部作品发表于1986年科学其中包括一些展示细胞在自然环境中如何发挥作用的视频。在这项研究中，这些细胞是斑马鱼胚胎的细胞。

显微镜

AO-LLS显微镜远不是一个简单的设置。贝齐格估计，仅零部件成本就接近80万美元。部件清单包括35个镜片、29个反射镜、2个激光器、4个摄像头和一个减振光学台。

除了硬件密集型之外，AO-LLS也是计算密集型的。在每个时间步，细胞结构的变化被识别、跟踪和测量。计算结果也适用于斑马鱼胚胎的物理运动。

MATLAB和图像处理工具箱用于三维分割、跟踪和测量细胞和细胞结构。研究小组使用图像处理工具箱过滤器和形态学功能来清理单个细胞的分割，并识别每个细胞的细胞核和其他特征。研究人员创建了他们自己的定制MATLAB函数来跟踪细胞结构。

在研究人员拍摄的众多视频中，有一段是这样的:

视频来源:
T. Liu等人/Science 2018

更多关于显微镜的信息

如果你想看看另一种利用深度学习的显微镜，看看这个AI-augmented显微镜由加州大学洛杉矶分校的一个多学科研究小组开发。

这里有一篇关于水下显微镜这是用来研究澳大利亚大堡礁珊瑚白化的。

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