光学显微镜是生命科学、医学、材料学等多个领域不可或缺的研究工具。物镜是显微镜的核心器件，决定了显微成像的两个关键参数：分辨率和成像视场。物镜的成像视场和分辨率往往是相互制约的，具备亚微米分辨率物镜的成像视场往往被限制在1mm左右。近年来，跨尺度高通量的成像需求日益增长，常规显微物镜无法同时满足大视场高分辨的成像特性。介观显微物镜具有复杂的光学结构与优秀的像差优化，可以同时实现高数值孔径和超大的成像视场，能显著提升光学显微镜的成像通量。目前的介观物镜成像波段单一，仅能进行可见光或近红外单波段成像，无法满足多样化荧光成像的要求。此外，现有介观物镜成像视场直径集中在3mm-6mm，而越来越多的应用场景需要进一步提升介观物镜的成像视场，以获取更高的成像通量。
近期，苏州医工所史国华团队设计了介观视场下的平场复消色差物镜结构，研制出已报道的亚微米分辨率下，成像视场最大，工作波段最宽的介观显微物镜，并搭建相关单光子/双光子成像系统（图1）。该物镜具备8mm视场直径，0.5NA数值孔径，且成像波段可达400-1000nm。利用该物镜对小鼠脑及肾切片成像，获得了单帧13.5亿像素的超高通量图像（图2a）。与20倍0.5NA的商业物镜进行定量对比，结果显示该介观物镜与商业物镜具备相似的成像质量，却拥有超过商业物镜40倍的成像视场面积；并且首次在同一个物镜上实现单、双光子介观成像（图2b）。实验结果表明，该物镜在大尺度样本高分辨多波段成像方向具有重大潜力，如脑图谱绘制，跨脑区单、双光子成像，类器官高分辨成像等。
该工作以“Large-field objective lens for multi-wavelength microscopy at mesoscale and submicron resolution”为题发表于期刊Opto-Electronic Advances（中国科学院一区）。论文第一作者为博士生徐欣，通讯作者为史国华研究员。该研究获得国家重点研发计划、中国科学院稳定支持基础研究青年团队计划等项目的支持。
论文链接：https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2024.230212
图1 介观物镜结构及成像系统结构
图2 生物样本成像结果
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