扇贝眼是新型显微镜物镜的灵感来源

苏黎世大学的神经科学家通过使用镜子产生图像，为光学显微镜开发了创新物镜。他们的设计一方面在天文学中使用的镜面望远镜中找到了对应关系，另一方面在扇贝的眼睛中找到了对应关系。与传统显微镜镜头相比，新物镜能够在更广泛的浸没介质中对组织和器官进行高分辨率成像。

一些种类的贻贝可以看到。例如，扇贝有多达200只眼睛，可以帮助它们检测捕食者，例如接近的海星。然而，扇贝的眼睛与人眼有很大不同。在我们的眼睛中，角膜和晶状体的组合会在视网膜上产生图像，而在扇贝眼中，光线是由半球形镜聚焦的。

使用透镜或反射镜进行光学成像

用镜子而不是透镜创建图像在天文望远镜中尤其常见，以便从行星，恒星和星系捕获尽可能多的光线。在伯恩哈德·施密特(Bernhard Schmidt，1930-1879)于1935年代开发的施密特望远镜中，今天仍在许多天文台中使用，薄校正透镜与大型球面镜相结合。

然而，在用于研究生物微观世界的显微镜中很少发现镜面物镜。大多数显微镜物镜都非常紧凑，可以很容易地从透镜组装而成。然而，为了获得最高的图像质量，需要10到15个由不同类型的玻璃制成的镜头，所有这些镜头都必须精确抛光并精确地相互对齐。因此，用于研究的显微镜物镜的成本可能相当于中型汽车的成本，占显微镜总成本的很大一部分。

与不同浸没介质的兼容性作为绊脚石

除了复杂的设计外，许多商业物镜还有一个缺点，即它们通常只设计用于一种特定的浸没介质，例如空气、水或油。这意味着必须为需要不同浸没介质的样品购买新的物镜。

长期以来，这不是一个主要问题，但近年来，被称为透明组织样本的清除技术的过程引起了生物学和病理学的极大兴趣。例如，与其费力地从切除的小鼠大脑中制备薄组织切片，清除技术可以使整个大脑透明。

在病理学中，希望清除技术将提高活检标本检查的效率，从而可以更早地诊断恶性组织变化，例如肿瘤。然而，不幸的是，大多数清除技术使用的浸没介质与传统显微镜物镜不兼容。这意味着用于研究的清除技术的显着优势仍未得到部分开发。

大型透明组织块中的高分辨率显微镜

为了规避传统显微镜物镜的局限性，并受到扇贝眼睛的启发，扇贝的眼睛原则上像小型水下施密特望远镜一样，UZH神经科学家和业余天文学家Fabian Voigt博士开发了一种非常规的方法：他意识到可以用液体浸没介质填充施密特望远镜并将其缩小到显微镜的大小。

由此产生的物镜是一个被淹没的微型望远镜，仍然提供清晰的图像。“可以设计施密特物镜，使其在任何均匀流体和空气中都能提供出色的图像质量，”Voigt说。这意味着单个施密特物镜与许多不同的清除技术兼容。这种不寻常功能的原因是使用镜子而不是镜头。球面镜在同一点聚焦光线，无论它是浸入液体还是在空气中。

在医疗诊断中的应用也多种多样

为了证明这种创新方法的多功能性，研究人员与Fabian Voigt和UZH教授Fritjof Helmchen合作，使用他们的原型施密特物镜研究各种样品，包括小鼠大脑，蝌蚪和鸡胚胎。与马斯特里赫特大学的一个团队一起，他们还能够分析清除的人脑样本。此外，新型物镜也适用于测量活的斑马鱼幼虫大脑中的神经元活动。

“在所有情况下，图像质量都等于甚至优于传统物镜所能达到的，即使施密特物镜仅由两个光学元件组成，”Helmchen解释说。因此，与具有十几个透镜的传统物镜相比，施密特物镜的制造更具成本效益。

未来的应用还可以包括检查肿瘤组织或检测神经系统疾病。“在这方面，扇贝可以为我们展示改善医疗诊断的方法，”Helmchen说。

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