 提起扇贝，你会想到什么？蒜蓉和粉丝？这是很多人都喜欢的美妙搭配，但你可能不知道的是，这些美味居然是有眼睛的，而且多达200多只！  扇贝长了200多只眼睛，可以帮助它们发现如正在靠近的海星等捕食者。（图/Wikipedia） 然而，扇贝的眼睛和人眼有着天壤之别。人类的眼睛是通过角膜和晶状体的组合，在视网膜上形成图像的；但在扇贝的眼睛里，光是由一个半球面镜聚焦的。这些眼睛，恰好启发了苏黎世大学的神经科学家，帮助他们开发了一种创新的显微镜物镜。 新的设计一方面呼应了扇贝的眼睛，另一方面也用到了天文学中的反射望远镜。与传统显微镜相比，这种新的显微镜能在更广泛的浸没介质中，对组织和器官进行高分辨率成像。研究已于近日发表在《自然·生物技术》上。 扇贝的眼睛与施密特望远镜 在扇贝的数百只眼睛中，每只都包含一个弯曲的反射镜，以及一个晶状体。每个反射镜都与充满了液体的含有感光受体的空间直接接触，用于成像；而晶状体并不是负责成像的主要元素。  扇贝眼睛成像示意图。（图/ Fabian Voigt, F. et al., 2023） 这种晶状体（透镜）与反射镜的组合，让人联想起在天文学中被广泛使用的施密特望远镜。在天文望远镜中，用反射镜而非透镜来创造图像更为常见，因为这可以尽可能多地捕捉行星、恒星和星系的光线。  宽视野反射望远镜的概念。（图/ Fabian Voigt, F. et al., 2023） 20世纪初，天赋异禀的光学师施密特（Bernhard Schmidt）设计了至今仍被许多天文台使用的施密特望远镜。这种望远镜基于一面巨大的球面镜和一个薄薄的非球面校正板，这种设计能够在很宽的视场中都清晰成像。 在施密特的设计中，球面镜不可避免地会出现严重的球面像差，但借助一种非球面校正板，这个问题就能在光路被解决。因此，他设计了一种校正板，放在球面镜之前，完美地抵消了球面像差。这在当时是相当创新的一种非常规的突破性设计。 但在用于研究生物微观世界的显微镜中，反射镜却鲜少使用。 显微镜中的镜面成像 大多数显微镜物镜都非常紧凑，可以轻易组装。但为了获得最高的图像质量，需要10到15片由不同类型的玻璃制成的透镜，并且所有这些透镜都必须经过精确的抛光、对齐、校准。正因如此，用于研究的显微镜物镜的成本，占据了显微镜总成本的很大一部分。 除了相对精密而复杂的设计之外，许多商业物镜的缺点是，它们通常只为一种特定的浸没介质设计，比如空气、水或者油。这意味着，每当面对需要不同浸没介质的样品时，就要购买新的物镜。 在过去的很长一段时间里，这都算不上是一个很大的问题。然而，近年来，能够让组织样本变得透明的透明技术引起了生物学和病理学的极大兴趣，可大多数透明技术使用的是与传统显微镜物镜不兼容的浸没介质，使得透明技术在研究方面的巨大优势仍然没有完全发挥出来。 创新的设计思路 在新研究中，为了规避传统显微镜物镜的局限性，同时受到扇贝眼睛的启发，苏黎世大学神经科学家、业余天文学家Fabian Voigt博士开发了一种非常规的方法，设计出了一台“迷你浸没施密特望远镜”。 他意识到，可以用液体浸没介质填充施密特望远镜，并将它缩小到显微镜的大小。由此产生的物镜差不多就是一台微型“望远镜”，浸没后仍能提供清晰的图像，在任何均匀的液体以及空气中都能提供出色的图像质量。 这种非同寻常特征是因为使用了反射镜，而非透镜。无论浸在液体中还是在空气中，球面镜都能将光聚焦在同一位置。这意味着施密特物镜可以与许多不同的透明技术兼容。  研究人员结合了扇贝和天文望远镜的概念，设计了创新的多种浸没介质的施密特显微物镜。（图/ Fabian Voigt, F. et al., 2023） 为了证明这种创新方法的多功能性，研究团队使用他们的原型施密特物镜来研究各种样品，包括小鼠的脑、蝌蚪和鸡的胚胎。他们还能分析被透明化的人脑样本。此外，这种新型物镜还适用于测量活的年轻斑马鱼幼体脑中的神经元活动。  这种新型物镜的原型可以带来相当清晰的图像，比如这些小鼠神经元。（图/Anna Maria Reuss & Fabian Voigt） 明显的优势 在所有情况下，图像质量都和传统物镜的质量相当，甚至更好。而施密特物镜仅由两个光学元件组成。与包含十几片透镜的传统物镜相比，这种创新的物镜可以更经济地制造。 研究人员表示，未来的应用还可能包括对肿瘤组织的检查，或者对神经系统疾病的检测。在这方面，扇贝也许为我们指明了提高医疗诊断的道路。
|
|
|
