中科院技术突破：过去拍摄纳米图像需半小时，现在仅需千分之一秒

鬼影成像之所以如此命名，是因为它赋予了观察者一种近乎超自然的能力，让他们能够看到以前看不见的东西，比如黑暗中的一张脸或云层后面的一架飞机。

鬼影成像技术是是一种通过组合来自两个光检测器的信息来产生物体图像的技术，它利用了传统的多像素探测器和单像素探测器，又称为双光子成像或者关联成像。

它的工作原理是记录直接来自目标的光粒子或光子，以及撞击目标然后从目标反弹回来的相关的光粒子。世界各地的研究人员正在探索这项技术的广泛应用，从反隐形飞机雷达到间谍卫星都可能应用该技术。

与其他成像技术不同，即便在光检测器只能拾取少量的光子的条件下，它也可以产生相对清晰，完整的物体图像。但是光是一种波，因此它绕着等于或小于其波长的物体旋转。这意味着可见光显微镜的分辨率限制为200纳米。

为了超越这个极限，科学家们转向了另一种技术：纳米显微镜或超分辨率显微镜。该技术涉及到用荧光材料照亮细胞，荧光材料可以用激光束打开和关闭，然后就可以拍摄到成千万张图像。通过使用数学算法，可以提取这些图像中的微小差异，以计算出小于200纳米的物体的位置和特征。

只是获取这种非常小的微观图像需要花费些时间，根据采用技术和获取质量的不同，从几分钟到几小时不等，而且在此过程中，并不能保证细胞会保持健康甚至细胞可能在拍摄过程中死去。

现在来自中国科学院的科学家成功地实现了技术创新，该技术不再受限于200纳米以及较长时间的限制。

据《南华早报》12月22日报道，中国的研究人员开发了一种综合以上两种先进技术的相机，这种相机能够使科学家在微观水平上捕获高分辨率图像，而所需时间仅为现有技术的一小部分。这意味着科学家可能对活细胞直接进行观测，而这种方法科学家以前从未发现和尝试过。

来自中国科学院的研究员王中阳博士和韩申生博士，本月在《光学》期刊上发表了他们的研究成果，二人都是中国科学院“百人计划”入选者。

他们研制的设备用于生成纳米尺度的活细胞图像质量所需的时间将会大幅度减少，纳米尺度是指分辨率十亿分之一米。在以前，即便是在配备了最新硬件的实验室中，获得这样一张微观图像可能需要半小时时间。现在中国科学院的科学家说他们的显微镜可以在千分之一秒内完成图像捕获。

如图：中科院研究员王中阳博士

该研究小组的共同负责人王中阳表示，该成像方法可以探测亚细胞结构中发生的毫秒级的动态，空间分辨率达到几十纳米，特制生物过程发生的空间和时间分辨率。

他说：“许多基本的生命活动，如DNA编码和蛋白质组装，都发生在眨眼之间。我们的新技术可以一帧一帧地捕捉到前所未有的细节。”

研究人员对于可能即将获得的进一步研究成果抱有很大希望，到那时关于生命的构成中的一些最重要的秘密就会像宽屏电影一样展现在我们眼前。

如图：中科院研究员：韩申生博士

鬼影成像设备通常使用单像素相机记录来自目标的光子，并使用多像素相机捕捉周围环境中的相关粒子，需要许多图像帧才能生成物体的完整图片。

中国科学院的技术突破是，来自中科院上海光学精密机械学院的韩教授，将两台摄像机整合到一个系统中，增加了单像素传感器的数量，以便一次拍摄就可以产生清晰的图像。另外在光探测器前面添加了一个随机相位调制器，它可以以用作放大镜，并且由计算机控制以产生更清晰的图像特征。

然后研究人员使用该技术，仅用单帧就拍摄到了80纳米分辨率的图像，新的纳米技术只用了10帧中就能对60纳米环成像，每一帧拍摄用时只需千分之一秒，而传统的随机光学重建显微镜（STORM）方法最多需要4000帧才能达到相同的结果。负责人王中阳表示，该团队已经申请了这项技术的专利，并计划将其转化为商业产品。

据《南华早报》报道，一位匿名的北京科学家评价该技术是“真正的突破”。他表示: 将这两种方法完美结合在一起，在性能上实现了飞跃性的进步。