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摘要:
Miniature fluorescence microscopes are a standard tool in systems biology. However, widefield miniature microscopes capture only 2D information, and modifications that enable 3D capabilities increase the size and weight and have poor resolution outside a narrow depth range. Here, we achieve the 3D capability by replacing the tube lens of a conventional 2D Miniscope with an optimized multifocal phase mask at the objective's aperture stop. Placing the phase mask at the aperture stop significantly reduces the size of the device, and varying the focal lengths enables a uniform resolution across a wide depth range. The phase mask encodes the 3D fluorescence intensity into a single 2D measurement, and the 3D volume is recovered by solving a sparsity-constrained inverse problem. We provide methods for designing and fabricating the phase mask and an efficient forward model that accounts for the field-varying aberrations in miniature objectives. We demonstrate a prototype that is 17 mm tall and weighs 2.5 grams, achieving 2.76μm lateral, and 15μm axial resolution across most of the 900 × 700 × 390μm3 volume at 40 volumes per second. The performance is validated experimentally on resolution targets, dynamic biological samples, and mouse brain tissue. Compared with existing miniature single-shot volume-capture implementations, our system is smaller and lighter and achieves a more than 2× better lateral and axial resolution throughout a 10× larger usable depth range. Our microscope design provides single-shot 3D imaging for applications where a compact platform matters, such as volumetric neural imaging in freely moving animals and 3D motion studies of dynamic samples in incubators and lab-on-a-chip devices.
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篇名 Miniscope3D: optimized single-shot miniature 3D fluorescence microscopy
来源期刊 光:科学与应用(英文版) 学科
关键词
年,卷(期) 2020,(5) 所属期刊栏目 Original Articles
研究方向 页码范围 1638-1650
页数 13页 分类号
字数 语种 英文
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光:科学与应用(英文版)
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