生物標(biāo)本本質(zhì)上具有三維特性。因?yàn)榭梢姽庠谏锝M織中具有較弱的穿透深度，因此傳統(tǒng)生物學(xué)需將三維組織進(jìn)行二維切片，以減少離焦面信息對目標(biāo)深度的影響。因此基于石蠟切片的二維成像成為了生命科學(xué)研究中的觀測工具。然而，二維切片具有難以避免的局限性（如圖1所示）。

場景1：盤繞彎曲形狀的三維形態(tài)

場景2：復(fù)雜細(xì)胞分布的評估

場景3：檢測稀有或稀疏物體，識別稀有細(xì)胞或藥物靶標(biāo)

如：基因標(biāo)記的稀有細(xì)胞、藥物在靶點(diǎn)研究中的生物分布、干細(xì)胞/祖細(xì)胞研究及PDX 模型中的子克隆等。

三維非切片成像技術(shù)可多次成像同一組織樣本。處理大樣本時，焦平面上下區(qū)域的失焦信息可能干擾成像質(zhì)量。1988年，Marvin Minsky研發(fā)了共聚焦顯微鏡，通過小孔過濾非焦面光信號，開啟了“光學(xué)虛擬切片”技術(shù)。隨后，激光掃描共聚焦顯微鏡、激光掃描雙光子顯微鏡和轉(zhuǎn)盤共聚焦顯微鏡等技術(shù)逐步商業(yè)化（如圖2）。

真正意義上使用光來進(jìn)行“切片”的技術(shù)—光片顯微鏡（Light Sheet Microscope，圖2C），其歷史可追溯到1903年。

1990年代，華盛頓大學(xué)Francis實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了正交平面熒光光學(xué)切片裝置（OPFOS），實(shí)現(xiàn)了對整個耳蝸的清晰熒光圖像捕捉，為相關(guān)研究領(lǐng)域提供了技術(shù)支撐（Spelman F. A., J. Microsc. 1993）。

2004年，Jan Huisken在《Science》上發(fā)表了關(guān)于SPIM技術(shù)的論文，推動了光片顯微鏡技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代化應(yīng)用，并凸顯了其在胚胎發(fā)育研究中的實(shí)用性。該論文提供了青鳉神經(jīng)節(jié)細(xì)胞搏動和果蠅胚胎發(fā)育的熒光圖像作為實(shí)證。

光片顯微鏡兼具低光損傷、高成像對比度、大視野、深度采樣、三維成像速度快的顯微成像儀器。

2014年，光片成像技術(shù)被Nature methods選為Method of the Year 2014。

光學(xué)切片技術(shù)的進(jìn)步推動了熒光三維成像成為20世紀(jì)末顯微鏡，成像深度從幾十微米提升至幾分之一毫米（Denk等，1990）?；蚓幋a熒光蛋白提供了高特異性標(biāo)記方法，無需抗體擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了更深入成像（Chalfie等人，1994）。但組織異質(zhì)性導(dǎo)致的光散射阻礙了厚組織高分辨率三維成像研究。

光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)空間生物學(xué)的多尺度成像，軸向分辨率較傳統(tǒng)光片系統(tǒng)有明顯提升。此外，該技術(shù)還具備倒置成像、折射率匹配系統(tǒng)，確保從亞微米到毫米級別的跨尺度成像，該設(shè)備以其各向同性分辨率、低光損傷、高成像對比度等特點(diǎn)，為生物學(xué)研究提供了一個全新的觀察窗口。

研究＆應(yīng)用方向