摘要：在生物和物理研究中，很多重要现象都发生在毫秒，甚至更短的时间尺度，例如，细菌鞭毛的摆动、微小颗粒在流体中的瞬时扩散。但传统光学显微镜往往难以在如此快的节奏下捕捉三维结构的变化。2025年8月13日，美国研究人员在Science Advances发表论文，提出了

原文发表于 《科技导报》2025年第16期科技新闻-前沿动态

千帧每秒显微成像开辟观察生命动态新路径

FS-ODT将多角度和多位置的多路复用照明转化为高通量数据采集和重建框架，用于以大肠杆菌的3D成像（图片来源：Science Advances）

在生物和物理研究中，很多重要现象都发生在毫秒，甚至更短的时间尺度，例如，细菌鞭毛的摆动、微小颗粒在流体中的瞬时扩散。但传统光学显微镜往往难以在如此快的节奏下捕捉三维结构的变化。2025年8月13日，美国研究人员在Science Advances发表论文，提出了一种新的成像方法——傅里叶合成光学衍射层析（FS-ODT），实现了每秒上千帧的三维无标记成像，为研究生命与物质的动态过程开辟了新路径。

光学衍射层析（ODT）通过在不同角度下用相干光照射样品并合成多视图，推断其3D折射率分布，它的优势在于无需荧光染料即可观察复杂样品的内部结构，因此被广泛用于细胞和软物质的研究。然而，以往的ODT必须依靠逐一改变照射角度来获取足够的信息（收集≥100个视图），这种“逐角扫描”方式大大限制了成像速度，很难跟上快速的生物或物理过程。

FS-ODT则用数字微镜器件（DMD，控制照明角度的空间光调制器）在一次曝光里同时打出几十到上百个不同角度的相干光，相当于“多支手电一起照”。相机得到的条纹里混着各个角度的信息，系统先把这些信息拆分（解复用），再用GPU（图形处理单元）加速的重建算法把三维折射率算出来。实际测试里，它的三维采集速率达到1.032kHz（≈每秒1000个3D体），并能看清约200nm尺度的纤毛边缘。

未来，FS-ODT有望在细胞生物学中用于观察膜的快速波动，在活性物质物理中直接验证微生物的流体力学理论，甚至有可能发展成能在每秒成千上万细胞中进行三维分析的“成像版流式细胞仪”。在神经科学中，它还有望通过折射率的快速变化捕捉神经活动。研究人员认为，如果将这项技术与人工智能算法结合，它将演变为一种能够自动识别和解析动态过程的“智能显微镜”，为科学探索带来新的可能性。

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来源：科技导报