光學顯微鏡是生命科學、醫學、材料學等多個領域不可或缺的研究工具。物鏡是顯微鏡的核心器件，決定了顯微成像的兩個關鍵參數：分辨率和成像視場。物鏡的成像視場和分辨率往往是相互制約的，具備亞微米分辨率物鏡的成像視場往往被限制在1mm左右。
近年來，跨尺度高通量的成像需求日益增長，常規顯微物鏡無法同時滿足大視場高分辨的成像特性。介觀顯微物鏡具有復雜的光學結構與優秀的像差優化，可以同時實現高數值孔徑和超大的成像視場，能顯著提升光學顯微鏡的成像通量。目前的介觀物鏡成像波段單一，僅能進行可見光或近紅外單波段成像，無法滿足多樣化熒光成像的要求。此外，現有介觀物鏡成像視場直徑集中在3mm-6mm，而越來越多的應用場景需要進一步提升介觀物鏡的成像視場，以獲取更高的成像通量。
近期，蘇州醫工所史國華團隊設計了介觀視場下的平場復消色差物鏡結構，研制出已報道的亞微米分辨率下，成像視場最大，工作波段最寬的介觀顯微物鏡，并搭建相關單光子/雙光子成像系統（圖1）。
圖1 介觀物鏡結構及成像系統結構
該物鏡具備8mm視場直徑，0.5NA數值孔徑，且成像波段可達400-1000nm。利用該物鏡對小鼠腦及腎切片成像，獲得了單幀13.5億像素的超高通量圖像（圖2a）。與20倍0.5NA的商業物鏡進行定量對比，結果顯示該介觀物鏡與商業物鏡具備相似的成像質量，卻擁有超過商業物鏡40倍的成像視場面積；并且首次在同一個物鏡上實現單、雙光子介觀成像（圖2b）。實驗結果表明，該物鏡在大尺度樣本高分辨多波段成像方向具有重大潛力，如腦圖譜繪制，跨腦區單、雙光子成像，類器官高分辨成像等。
圖2 生物樣本成像結果
該工作以“Large-field objective lens for multi-wavelength microscopy at mesoscale and submicron resolution”為題發表于期刊Opto-Electronic Advances（中國科學院一區）。論文第一作者為博士生徐欣，通訊作者為史國華研究員。該研究獲得國家重點研發計劃、中國科學院穩定支持基礎研究青年團隊計劃等項目的支持。
論文信息：
DOI: 10.29026/oea.2024.230212
