突破生物系统限制：适应光学与波前整形技术提升光学显微镜深度成像

光学显微镜在生物医学研究领域中展现出了无与伦比的优势，它能够实现对活体结构的空间和时间高分辨率成像。然而，由于生物系统内部存在的不均匀折射边界导致的衍射和散射问题，这些技术的应用大多局限于实验室环境，限制了其在临床深度成像中的应用。这一挑战促使科研人员探索新的解决方案，其中，适应性光学（Adaptive Optics, AO）和波前整形（Wavefront Shaping, WFS）技术成为突破传统光学显微镜分辨率极限的关键。 适应性光学是一种通过实时补偿眼睛或显微镜系统的光学缺陷来改善图像质量的技术。它通过测量并调整入射光波前的形状，抵消由于大气湍流、镜头畸变或其他光学元件不完美造成的扭曲。这种技术特别适用于长距离的观察，例如在大气层外部天文观测，或者在生物组织中穿透深层细胞和组织时。在生物显微镜中，AO通过引入快速调整的元件（如电荷耦合器件上的相位膜或可变形镜），持续优化光线路径，从而消除或减少因折射率差异引起的模糊和失真。 波前整形则是利用光源或光路的可调控特性，直接改变光波前的形状，以便更好地聚焦到目标区域。这通常涉及到复杂的算法和硬件，比如通过数字微镜系统（Digital Microscope System, DMS）控制光源的相位模式，或者使用光衍射技术和空间光调制器（Spatial Light Modulator, SLM）。WFS能够精确地调整光波前，以减小散射效应，实现对深层组织中细微结构的清晰成像，即使在多路径散射环境中也能保持高分辨率。 Cheolwoo Ahn等人在他们的研究中，详细探讨了这两种技术在生物成像领域的进展。他们强调了这些技术如何潜在地拓展生物显微镜的深度和分辨率，使得研究人员不仅能观察单个细胞，还能显著增强对深层组织的成像能力。通过整合AO和WFS，研究人员可以突破传统的光学限制，实现对人体组织内微观结构的深层次、非侵入式观察，这对于诸如疾病诊断、活体细胞跟踪和组织工程等领域具有革命性的意义。 适应性光学和波前整形技术的结合为光学显微镜在生物医学应用中提供了新的可能性，它们正在逐步改变我们理解和探索生物系统的能力，为未来的临床实践和基础科学研究开辟了新的前沿。随着技术的进一步发展和优化，我们有理由期待这些方法在未来的生物成像领域发挥更大的作用。