梯度光干涉显微镜 GLIM

Gradient Light Interference Microscopy

KOSTER & PHIOPTICS梯度光干涉显微镜 GLIM系统是一种无需标记的用于厚组织样品的三维定量断层成像技术。GLIM技术能够解决厚组织样品的多重散射问题，从而提供高对比度的样品图像。此模块可以做为外加设备安装到主要品牌的显微镜设备上，包括KOSTER显微镜系统，而且可以与荧光成像通道叠加，只需要外光光源及标准的C型接口即可使用，非常方便。 广州科适特科学仪器有限公司是本产品的授权代理，可提供定制及售后服务。

梯度光干涉显微镜系统是一种无像差的光学装置，适用任何有1 ×视频接口的显微镜，包括明场，荧光，宽场显微镜等，无需额外的附件或显微镜改造，都能立刻转变成强大的3D图像平台。

简要介绍：

1. 有别于相差显微镜， 数字全息显微镜是基于独特的相移显微原理。光波在经过物体表面反射或者透过物体之后，受物体表面形貌或者是物体内部不同物质折射率的影响而产生相移，这样就携带上了物体的三维特征。

2. 显微镜能够实现三维形貌的实时呈现，得益于它非扫描机制。抓取单张全息图的时间是由相机的

快门速度决定的，因此数字全息显微镜能够轻松实现普通视频速率，比如30帧/秒。

3. 透明样品，比如说细胞，利用传统的相衬显微镜只能进行观测。透射式的数字全息显微镜记录

光在经过细胞之后的相移信息，不仅能观测细胞，还能进行三维重建和量化分析，因此也被称为

量化相衬显微法。细胞中的相移是由细胞内不同组织细微折射率的变化引起的，因此数字全息显

微镜观测细胞无须对细胞进行任何标记，比如荧光染色，纳米颗粒或是辐射，这样不会对被观测

细胞造成任何损伤或是外在影响。

4. 独特光路设计，和其他干涉技术一样，数字全息显微镜产生干涉的前提是两束光的光程差要小于

相干长度。由于观测不同大小物体需要使用不同放大倍数的物镜，因此物光O的光程会因此改

变。数字全息显微镜能根据不同物镜自动调节参考光R的光程，使得两束光的光程差总是符合产

生干涉的条件，这种设计也使得各物镜下达到共焦的效果。

5. 与共聚焦(Confocal Microscope)的比较 全息定量相位显微镜采用非扫描 (non-scanning) 技术，全

视场瞬态成像四维量测，单帧全息图包含三维形貌信息，纵向亚纳米测量精度由激光本征波长决

定，使用普通显微物镜便于维护保养，共聚焦显微镜(Confocal Microscope)同样采用扫描技术测

量静态三维形貌，单张测量时间较长因此也无法实现四维形貌测试。

6. 无标记生物细胞观测，得益于数字全息显微镜对生物细胞非侵入式的视觉化量化分析能力，多种

在生物医药领域的应用已经得到广泛的关注。例如图5所示，数字全息显微镜可以测量单个血红细

胞的三维形貌，由于无需扫描，测量过程是实时的，因此也可以对多细胞进行动态跟踪分析。下

图展示了数字全息显微镜对酵母菌的动态跟踪，可以三维实时观测酵母菌的移动和细胞分裂

7. 无标记细胞成像和分析工具为研究人员提供了开创性的新方法来研究单个细胞水平的细胞形态和

动态行为。它们以****的稳定性和准确性追踪单个细胞，而且无需标记，能够持续数小时到

数天而不伤害细胞。

技术开发团队：盖布利尔·波佩斯库课题组，实验室：美国伊利诺伊大学生物工程系、电气与计算机工程系、物理系、细胞与发育生物学系 伊利诺伊大学微纳米技术实验室 先进科技研究所定量光成像实验室 贝勒医学院生物化学与分子生物学系

工作原理

主要特点：

1. 无需样品准备，非侵入式成像，避免样品染色对细胞的损伤。

2. 适合样品厚度从50 μm – 350 μm+

3. 定量测量: 样品厚度和干重

4. 无需样品标记，能够连续成像从毫秒到几天

5. 能够跟现有的显微镜系统整合在一起

6. 可进行编程的4D (tiling， z-scan， time series)扫描和全分辨率情况下12帧/秒的图像获取

7. 多通道图像的无缝叠加，包括荧光通道的叠加

8. ImageJ-基础的工具套装进行测量和3D 图像重构

典型应用

1. 脑组织及脑片成像

   2. 器官及组织的三维成像

   3. 发育生物学，胚胎研究

   4. 模式动物研究 ( 蠕虫， 斑马鱼，果蝇等)

三维成像

白光衍射断层成像

参考文献

[1] G. Popescu (2011) Quantitative phase imaging of cells and tissues (McGrow-Hill， New York)

[2] T. Kim， R. Zhou， M. Mir， S. D. Babacan， P. S. Carney， L. L. Goddard and G. Popescu， Nature Photonics， 8， 256-263 (2014)

[3] M. Mir， S. D. Babacan， M. Bednarz， M. N. Do， I. Golding and G. Popescu， PLoS ONE， 7 (6)， e38916 (2012)