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Miniscope3D:optimized single-shot miniature 3D fluorescence microscopy

Light(Science & Applications) 2020年第1期9卷 367-379页

作者： Kyrollos Yanny Nick Antipa William Liberti sam dehaeck Kristina Monakhova Fanglin Linda Liu Konlin Shen Ren Ng Laura Waller UCB/UCSF Joint Graduate Program in Bioengineering University of CaliforniaBerkeleyCA 94720USA Department of Electrical Engineering&Computer Sciences University of CaliforniaBerkeleyCA 94720USA TIPs Department Universite libre de Bruxelles(ULB)1050 BrusselsBelgium

Miniature fluorescence microscopes are a standard tool in systems ***,widefield miniature microscopes capture only 2D information,and modifications that enable 3D capabilities increase the size and weight and have poor resolution outside a narrow depth ***,we achieve the 3D capability by replacing the tube lens of a conventional 2D Miniscope with an optimized multifocal phase mask at the objective’s aperture *** the phase mask at the aperture stop significantly reduces the size of the device,and varying the focal lengths enables a uniform resolution across a wide depth *** phase mask encodes the 3D fluorescence intensity into a single 2D measurement,and the 3D volume is recovered by solving a sparsity-constrained inverse *** provide methods for designing and fabricating the phase mask and an efficient forward model that accounts for the fieldvarying aberrations in miniature *** demonstrate a prototype that is 17mm tall and weighs 2.5 grams,achieving 2.76μm lateral,and 15μm axial resolution across most of the 900×700×390μm^(3) volume at 40 volumes per *** performance is validated experimentally on resolution targets,dynamic biological samples,and mouse brain *** with existing miniature single-shot volume-capture implementations,our system is smaller and lighter and achieves a more than 2×better lateral and axial resolution throughout a 10×larger usable depth *** microscope design provides single-shot 3D imaging for applications where a compact platform matters,such as volumetric neural imaging in freely moving animals and 3D motion studies of dynamic samples in incubators and lab-on-a-chip devices.

关键词： enable resolution narrow

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