论文重要图文

过去，三维荧光显微观察往往要求设备进行轴向扫描、实施相移采集或借助特殊传感器来获取体的信息，由此引发系统构造复杂、曝光时间过长、动态样品容易产生运动模糊等难题。神户大学 Osamu Matoba 团队同 Amity University Punjab 一起，研发了 Snap3D-FM。此方案把液晶透镜安置到共光路非相干数字全息系统中，让同一荧光波前的两个正交偏振组分形成不同曲率，并凭借轻微的横向位移变成离轴干涉。在这个方案里，系统不需要空间光调制器、无需相移措施、也无需偏振相机，就能通过单次曝光记录三维荧光信息。实验环节，该系统在荧光微球和荧光蛋白标记的苔藓活细胞上展现了一次拍摄三维重建的能力，曝光时间大约为 200 ms，比对作者之前的设计，在光通量、全息图品质以及曝光时间需求上都有所提升。对于须快速观察细胞构造和动态过程的三维荧光成像而言，这项工作呈现了一条更紧凑、成本更低、光路更稳定的实现路径。该研究成果以 Snap3D-FM: snapshot 3D fluorescence microscopy for live biological imaging 为题，于2026年7月1日上网发表于《Advanced Photonics Nexus》。

论文图文

图1 展示了所研发 Snap3D-FM 的实验装置。

a，装置的结构示意图。

b，液晶透镜的构造。

c，光线图解两个曲率半径不同的正交偏振物光波场间形成干涉的过程。BPF 是带通滤波片，DM 是二向色镜，L_i 是透镜，LC lens 是液晶透镜，SF 是空间滤波器，MO 是显微物镜，P_i 是偏振片。

图2 描述了未施加电压时，液晶透镜内部两个正交偏振分量的相位分布情况。

a，液晶透镜中一个正交偏振分量的相位分布。

b，液晶透镜内另一个正交偏振分量的相位分布。

c，图 a 所对应的截面相位曲线。

d，图 b 所对应的截面相位曲线。

图3 阐明施加电压后，液晶透镜内调制及未调制偏振分量的相位响应情况。

a，当施加电压 V1=6 V、V2=1.4 V 时，调制偏振分量的相位分布。

b，相同条件下，未调制偏振分量的相位分布。

c，图 a 对应的截面相位曲线。

d，图 b 对应的截面相位曲线。

e，调制与未调制偏振分量截面曲线的叠加情形。

图4 包含了荧光微球成像及其重建结果。

a，荧光微球记录的图像。

b，采集到的数字全息图。

c，图 b 的傅里叶变换结果。

d，恢复的荧光微球相位。

e，恢复的荧光微球振幅。

f，沿着图 e 中虚线 AB 选取的荧光微球，对比原始记录图像与重建结果的归一化强度曲线情形。

图5 显示了活体植物细胞细胞核的三维荧光成像结果。

a，存在于三维空间中的活体植物细胞细胞核荧光图像。

b，记录的数字全息图。

c-l，不同轴向平面（±d）位置恢复得到的聚焦细胞核图像。白色箭头指示聚焦细胞核，每个子图插图提供穿过聚焦细胞核的强度曲线，图下方标志对应的 SNR 数值。

文献来源：

Kumar, M., Nishimura, M., Prajapati, V., 等. Snap3D-FM: snapshot 3D fluorescence microscopy for live biological imaging. Advanced Photonics Nexus 5, 056008 (2026). DOI: 10.1117/1.APN.5.5.056008