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南京理工大学学子创造出中国人自己的新一代显微镜

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发表于 2019-11-9 20:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
南京理工大学
观察细胞通常必要染色标志,无法同时实现大视场、高分辨观测,体积巨大、本钱高昂,是当今显微镜存在的三大痛点。怎样突破痛点,冲破德日把持,创造出中国人自己的新一代显微镜?在第五届“互联网+”大弟子创新创业角逐获金奖的队伍中,一支来自我校电光学院的弟子团队研制出的新一代无透镜全息显微镜,将这一愿景变为现实。



团队合影
1新一代无透镜全息显微镜
本钱仅为同类产物百分之一
“CyteLive”是该团队研发出的新一代无透镜全息显微镜,不光可以内置于造就箱,还是如今唯一可以或许同时实现非染色、大视场、高分辨、长时间一连观察的显微镜产物且售价远低于入口产物


CyteLive产物图

“由于细胞是无色透明的,以是通常必要将细胞染色标志再观察。然而,这将侵害乃至是杀死细胞,难以实现长时间一连观测。”团队负责人、电光学院博士研究生卢林芃说道团队使用定量相位成像技能,使CyteLive可以在无需对细胞举行任何染色标志的条件下,实现长达数天的一连观测,不光细胞细节清楚可见,还能正确还原其三维影像,可谓“360度全方位无死角”。


卢林芃在天下三强争取赛
再良好的显微镜头,都受到“物镜比例法则”的制约,即大视场和高分辨率两者不可兼得。CyteLive扬弃了传统显微镜的全部光学镜头,只保存了光源和传感器,实现了小型化、轻量化,卢林芃用手托起CyteLive先容道,“它的体积仅有传统显微镜的0.8%,可直接放在细胞造就箱里举行活细胞箱内观察。”CyteLive去除了复杂的机器调焦装置,通过先辈的盘算成像算法,把样品聚焦图像“算”出来,借助自顺应超分辨成像技能,成像分辨率可突破至像素尺寸的三分之一,没有物镜却可以实现20倍物镜的成像水平。无透镜成像技能作育了CyteLive超大的成像视场,单幅图像高达一亿像素,视场是传统显微镜的200倍,可同时观测10万个血细胞




这是CyteLive观测到的海拉细胞(宫颈癌细胞),
单幅图像一亿像素,得到的视场是传统显微镜的200倍
2团队成员各司其职 多方“大佬”大力相助
“CyteLive”意为“活细胞”。在医学术语中,“cyte”是“细胞”的意思。产物logo形似一只求知的眼睛,转达出团队对知识的渴望和创新的精神。别看CyteLive体积小巧,内部却蕴含诸如无透镜相位规复与像素超分辨等多项核心关键技能。项目受国家重点研发操持、江苏省庞大底子研究操持、江苏省重点研发操持等一系列庞大科研使命支持,干系技能已发表高水平SCI论文三十余篇,并多次被SPIE Newsroom、OSA Image of the Week报道,获国家发明专利37项,PCT国际专利11项。50余名院士、期刊编辑、OSA/SPIE Fellow多次引用并正面评价。
“任何技能都不能仅停顿在纸面上,肯定要面向现实应用才气产生真正的代价!”这是团队与学科带头人陈钱教授对实验室的科研所提出的要求和渴望。在研究小组数年的不懈积极下,“无透镜显微成像”如今终于从概念成为了现实!在左超和周小虎两位博士生导师的引导下的弟子团队有8名成员,此中6名来自电光学院,2名来自经管学院。各人各司其职,王博文计划产物外貌与机器结构,张翔宇算法的软件实现,于泓辰负责硬件计划,孙凡凡和边爽则负责财务与市场,但遇到困难时,都是“一方有难,八方支援”。


天下总决赛金奖争取赛训练——摄于破晓两点

要让没有透镜的CyteLive把图像“算”出来,对算法计划提出了巨大寻衅。为了办理成像中细胞四周出现的衍射环对成像结果的影响,张翔宇在与左超老师的交换沟通中,花了2个多月的时间,使用基于均匀投影的原理优化了成像算法,不光去除了衍射伪影,还进一步进步了成像分辨率。


卢林芃在天下三强争取赛前一个人训练

硬件结构看似简朴,细节却到处考究。为了更好的成像质量,硬件体系对LED光源有针对性要求,“我们查阅了市场上在售的LED光源参数分析书,根本都没提及干系参数。”于泓辰为了办理这个题目,接纳“最笨”的办法——买了绝大多数在售的LED灯珠,一个一个地点亮,再同团队成员一起完成参数测试和成像对比,在举行了几十次测试实验后,找到了最符合的LED光源型号。



卢林芃在天下三强争取赛上

从机器化、主动化,到信息化,智能化,是显微镜发展的局势所趋、汗青肯定。CyteLive扬弃了透镜,去除了机器调焦装置,使用先辈的盘算成像算法增补了我国在“细密光学加工”和“高精度机器控制”的短板,正在自主创新的路上积极实现弯道超车。


如今,CyteLive已应用于江苏省人民医院等多家医院,办理了临床疾病快速、正确检测的困难。别的,先声药业等多家着名医药公司,也在CyteLive的技能支持下,改善了癌细胞耐药性监测过程、进步了高通量药物筛选服从。团队已经与国内显微镜公司苏州飞时曼互助,推出中国第一台贸易化数字全息显微镜,与国内显微镜龙头企业——江南永新签署了战略互助协议。对将来市场的进一步探索,团队满怀信心:“我们坚信,通过我们的不懈积极,不远的将来,中国制造的高科技显微镜也能在全天下大放异彩!
笔墨丨卢林芃 孙樱芝
图片丨受访者


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