三維成像巨噬細胞。

屏幕上圓形立體的巨噬細胞正在慢慢地伸出“觸角”，吞噬著周圍的殘骸，看上去有幾分觸目驚心……這一畫面來自于南京理工大學(xué)電光學(xué)院研究生們發(fā)明的一種新型三維顯微鏡。由于徹底改變顯微鏡現(xiàn)有成像方式，該作品近日在第十四屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品決賽中一舉奪得特等獎。

真實的巨噬細胞像個怪物

記者昨天在現(xiàn)場看到，隨著工作人員的操作，顯微鏡看到的影像顯示在屏幕上，只見一個“張牙舞爪”的圓形家伙正在吞噬著周圍的“雜物”，像極了卡通片里的怪物。“這就是巨噬細胞的真實模樣，它是我們身體的護衛(wèi)者，遇到細菌病毒就會消滅它們。”電光學(xué)院研二的林飛指著屏幕說。

這種新型顯微鏡叫SCscope。乍看之下，它和傳統(tǒng)顯微鏡在外形上并沒有太大區(qū)別。仔細觀察才發(fā)現(xiàn)，原來它的照明光源與成像焦距都是可以通過軟件靈活操控的。“顯微鏡通過可編程照明產(chǎn)生不同的光線照射樣品，并采用電控變焦透鏡快速掃描物體不同的焦面，配合軟件中的圖像重構(gòu)算法，便可完成視野內(nèi)所有細胞的同時三維成像。”

林飛告訴記者，傳統(tǒng)顯微鏡成像是平面的，而通過三維顯微鏡，任一細胞的厚度、尺寸都可以隨著鼠標的選取精確地獲得。

千人合影可以看清臉上的痣

“顯微鏡經(jīng)過四百多年的發(fā)展，仍然沒有擺脫‘可見即所得’的傳統(tǒng)成像模式，而我們的作品革命性地采用‘計算成像’的全新概念，這為顯微鏡的功能與性能帶來了跨越式的提升。”林飛說。

據(jù)了解，目前常用的細胞顯微鏡觀測需要對細胞進行染色或標記，或通過外界激發(fā)光源對細胞成像進行分析，但這些標記以及長時間的曝光往往對細胞有一定的傷害，甚至導(dǎo)致細胞的死亡，無法獲知細胞真實長生狀況。

而SCscope顯微鏡不但不用把活細胞染色，而且可以看到三維立體的細胞，并且在任意視角觀察，“可以生成高達2.8億像素的‘全視場、高分辨’圖像，這就好比在一張千人大合影中，可以看清每個人臉上的痣。”

值得注意的是，這個新型顯微鏡還在同一系統(tǒng)中集成了明場顯微鏡、暗場顯微鏡、相襯顯微鏡、微分干涉顯微鏡等現(xiàn)有多種專用顯微鏡的成像功能，且可以做到“一鍵切換”，使得顯微鏡功能更加多樣，成本更加低廉。

打破國外光學(xué)顯微鏡的壟斷

林飛說，這款顯微鏡成本8萬多元，相當于現(xiàn)用顯微鏡的三分之一，可大大降低醫(yī)療檢測的門檻。目前，已經(jīng)在南京部分醫(yī)院進行試用。

指導(dǎo)老師左超副教授說，SCscope改變了傳統(tǒng)顯微成像系統(tǒng)獲取信息方式，提升其獲取信息能力，有望在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、工業(yè)檢測、科研教學(xué)等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)核心技術(shù)已申請國家發(fā)明專利4項。目前國內(nèi)已有多家單位前來洽談合作，如果該作品投入生產(chǎn)并在相關(guān)行業(yè)大力推廣應(yīng)用，將有望推動我國顯微鏡產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新，將打破國外高端光學(xué)顯微儀器的長期壟斷地位。

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盲人地鐵出行有幫手了

除了SCscope顯微鏡獲特等獎，南京理工大學(xué)在此次“挑戰(zhàn)杯”大賽中另有兩項特等獎、一項一等獎、兩項二等獎，總分450分，與清華大學(xué)、上海交通大學(xué)并列第一！這是該賽事設(shè)立以來，首次由非985高校捧得“挑戰(zhàn)杯”。值得一提的是，在“挑戰(zhàn)杯”智慧城市專項賽中，南理工也榮獲一項特等獎，這是來自自動化學(xué)院呂天澤團隊的“盲人地鐵出行輔助信息系統(tǒng)”，可以讓盲人自由方便地乘換地鐵。

記者 王晶卉