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LED不光能用来照明,还能给细胞“染色”?

LED不光能用来照明,还能给细胞“染色”?
2021年08月22日 09:33 新浪网 作者 人民微看点

  由于生物细胞通常是无色透明的,它对光没有太大的吸收,导致它在传统光学显微镜下的对比度非常低,但是由于它内部结构存在差异导致它的折射率分布是不均匀的,从而光在经过细胞不同位置时存在光程差异,这部分信息称为相位信息。

  由于当前的传统相机只能记录强度信息,相位信息不可避免地丢失掉了。反过来,得益于相位(深度)信息的缺失,在宏观上我们也可以利用这一性质实现手捧太阳等效果,术语称为“透视摄影”。

  依次为透视摄影的两个示例,无色透明细胞传统成像示例和像衬后的相位成像结果

  对于无色透明生物细胞,可以想到,最为直接的观察方法是对样品进行染色,形成足够大的对比度或产生不同的光谱,从而达到成像目的,包括使用化学染料或者荧光标记。譬如在中学时,我们都在显微镜下观察过洋葱表皮细胞,就是使用的品红染料。

  洋葱表皮染色后成像结果

  荧光染色示例

  为什么要用LED照明,大家都知道LED比较节能。但实际上LED还有一个很好的效果,它能够通过几个简单的基色就能将颜色混得更为丰富,创造出五彩缤纷的世界。

  LED元件示意图

  LED创造五彩缤纷世界示例

  近日,中国科学院西安光学精密机械研究所马彩文研究员、姚保利研究员、潘安副研究员团队就提出一种用LED照明的基于彩色传递的快速全彩色显微成像方法,简称CFPM,使得彩色化效率相比于传统方法实现飞跃。7月27日,该成果以封面文章在线刊发于SCIENCE CHINA Physis, Mechanics & Astronomy2021年第11期。

  封面论文

  我们都知道,有很多经典的老照片,受限于过去的技术,只能以黑白的形式传世。尽管黑白照片别有一番风味,但是彩色照片有时候能给人更强的代入感。这种给照片添加不同滤镜上色的方法,术语称为颜色匹配。所谓颜色匹配,就是将施主图像的色调信息传递到受主图像上,使得受主图像拥有与施主图像相同的“颜色风格”,进而也能使平常人“画”出梵高风格的画。

  受这一思路启发,彩色传递思想的独特之处则是将原先R/G/B三通道变为两通道模式——黑白亮度图像和彩色纹理信息,将原先三通道里亮度(灰度)信息与彩色纹理信息相分离,通过用LED照明获取低分辨率彩色图像,并将其彩色信息传递到高分辨率黑白(灰度)的受主图像上,使得受主图像同时拥有高分辨率和彩色纹理。

  彩色传递思想。(a)颜色匹配: 传递色调信息; (b)彩色传递: 传递彩色纹理信息。

  谈及未来的应用,论文作者表示:“通过把光学显微镜低分辨率的真彩色纹理信息传递给电子显微镜,该方法也启示我们可以为电镜的黑白图像染上真彩色”。

  未来应用示例

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