科学家采用天文学方法来消除显微镜图像的模糊

由霍华德休斯医学研究所珍妮莉亚研究园区研究人员领导的团队改进了一类天文学技术，用于生命科学，使遥远星系的图像清晰可见，为生物学家提供了一种更快、更便宜的方法来获取更清晰、更锐利的显微镜图像。该研究结果发表在《光学》杂志上。

天文学家早就想出了如何让望远镜拍摄的遥远星系图像更清晰、更锐利。通过测量大气对光线的扭曲程度的技术，他们可以应用校正来消除像差。

显微镜专家一直在采用这些方法来生成更清晰的厚生物样本图像，这些方法也会使光线弯曲并产生扭曲。但这些技术(称为自适应光学)复杂、昂贵且缓慢，使许多实验室无法使用。

现在，为了让自适应光学技术更广泛地为生物学家所用，由霍华德休斯医学研究所珍莉莉亚研究园区的研究人员领导的一个团队将注意力转向了一类称为相位分集的技术，这种技术在天文学中得到了广泛的应用，但对生命科学来说还是新技术。

这些相位分集方法将已知像差的附加图像添加到像差未知的模糊图像中，从而提供足够的附加信息来使原始图像清晰。与许多其他自适应光学技术不同，相位分集不需要对成像系统进行任何重大更改，这使其成为显微镜的一种潜在有吸引力的途径。

为了实施新方法，该团队首先调整了天文学算法以用于显微镜，并通过模拟对其进行了验证。接下来，他们制造了一台带有可变形镜的显微镜，其反射面可以改变，还有两个附加镜头——对现有显微镜进行了微小的修改，从而产生了已知的像差。他们还改进了用于执行相位多样性校正的软件。

作为对新方法的测试，该团队证明他们能够以比其他竞争方法快 100 倍的速度校准显微镜的可变形镜。接下来，他们展示了新方法可以感知和纠正随机产生的像差，从而提供更清晰的荧光珠和固定细胞图像。

下一步是在包括活细胞和组织在内的真实样本上测试该方法，并将其应用到更复杂的显微镜上。该团队还希望使该方法更加自动化和易于使用。他们希望这种比现有技术更快、更便宜的新方法有朝一日能让更多实验室使用自适应光学技术，帮助生物学家在深入观察组织内部时看得更清楚。