“CyteLive”是南京理工大學電光學院的學生團隊研制出的新一代無透鏡全息顯微鏡，它可以直接內置于培養(yǎng)箱，而且能實現(xiàn)非染色、大視場、高分辨、長時間的連續(xù)觀察，其視場是傳統(tǒng)顯微鏡的200倍，可同時觀測10萬個血細胞。
通常情況下，顯微鏡下的標本細胞是無色透明的，需要將細胞染色標記再觀察。然而這將損害甚至是殺死細胞，難以實現(xiàn)長時間連續(xù)觀測。南京理工大學電光學院的研究團隊利用定量相位成像技術，使CyteLive可以在無需對細胞進行任何染色標記的前提下，實現(xiàn)長達數(shù)天的連續(xù)觀測，不僅細胞細節(jié)清晰可見，還能準確還原其三維影像，可謂“360度全方位無死角”。
傳統(tǒng)顯微鏡頭都服從“物鏡比例法則”，往往是大視場和高分辨率兩者不可兼得。CyteLive拋棄了傳統(tǒng)顯微鏡的所有光學鏡頭，只保留了光源和傳感器，實現(xiàn)了小型化、輕量化。它的體積僅有傳統(tǒng)顯微鏡的0.8%，可直接放在細胞培養(yǎng)箱里進行活細胞箱內觀察。
雖然CyteLive體積小，但它的內部蘊含著諸如無透鏡相位恢復與像素超分辨等多項核心關鍵技術。CyteLive不需要復雜的機械調焦裝置，而是通過計算成像算法，把樣品聚焦圖像“算”出來，借助自適應超分辨成像技術，成像分辨率可突破至像素尺寸的三分之一。這種無透鏡成像能實現(xiàn)20倍物鏡的成像水平，它的超大成像視場可使單幅圖像高達一億像素，可同時觀測10萬個血細胞。
這是CyteLive觀測到的海拉細胞（宮頸癌細胞），單幅圖像一億像素，獲得的視場是傳統(tǒng)顯微鏡的200倍。目前，該型顯微鏡已應用于醫(yī)院、藥業(yè)等機構。
附：科學家的解讀
南京理工大學電光學院的學生團隊研制出的新一代無透鏡全息顯微鏡，這顯然跟光學有關。姬揚老師就此作了解讀。
長期自然選擇的結果使得人具有了一套光學系統(tǒng)（眼睛），能夠把周圍的事物成像在探測器（視網膜），再通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（大腦）得到關于客觀世界的比較正確的圖像。這套系統(tǒng)并非完美無缺（比如眼睛都有盲點，有的很容易近視，有些人還是色盲，等等），但非常有用。那些成像效果難以維持生命生存的都早早沒有后代、消失在歷史中了。當然，以光為背景的這套感覺系統(tǒng)也不是支持生命生存的唯一途徑，蝙蝠和海豚是靠一套聲學系統(tǒng)通過聲波來認識世界的，不也活得很好嗎？它們對客觀世界的反響可能跟我們相差并不太多。
自從出現(xiàn)了望遠鏡和顯微鏡，光學研究的一個主要目標是把物體通過合適的光學系統(tǒng)成像在人的視網膜上，但現(xiàn)在這個需求已經不那么迫切了。比如說，不管是顯微鏡還是望遠鏡，原來放置目鏡的位置，現(xiàn)在大多換成了CCD相機，然后把圖像直接投影到大屏幕上。不過，目前這些光學系統(tǒng)一般仍然需要透鏡等光學元件。
其實也可以不用任何透鏡。基爾霍夫衍射公式告訴我們，只要知道光場振幅在一個面上的分布情況，就可以得到隨后的所有演化情況，只要做些加法就行了（積分就是加法）。困難在于需要做的加法有些多，只有等到計算機出現(xiàn)才有現(xiàn)實的可操作性。現(xiàn)在的計算能力超級強大，做這些事情容易了。南京理工大學電光學院的學生團隊研制出的新一代無透鏡全息顯微鏡就是一個例子。
至于他們具體是怎么實現(xiàn)的，我們尚不了解，只能從光學理論上說一說。
被觀測的樣品是培養(yǎng)皿里的細胞。按照菲涅爾定律，振幅反射率正比于δn/n（折射率的差別與平均折射率的比值），光強反射率|δn/n|2當然就更小了。細胞和培養(yǎng)液的折射率非常接近（應該都跟水差不多），所以，如果只是用光照一下的話，光的透射率不會有太大差別，不容易成清晰的像。然而，光穿過細胞而獲得的額外相位是?=2πδnRλ/n（R是細胞的直徑，典型值是幾微米甚至更大），這個值可比δn/n大多了，原因在于反射和透射只發(fā)生在界面處，而相位則可以在體內累積。
這個相位差用三角函數(shù)描述，ei?≈1+i?（假設??1），這兩項的相位相差了π/2，所以用勾股定理算出來的總長度沒有什么太大變化。如果想辦法把其中一項的相位改變π/2，總長度就可以變?yōu)?span style="font-size: 18px; word-wrap: normal; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; float: none; word-spacing: normal;">了，?比?2就大得多了，位相的差別就可以體現(xiàn)在強度上了。這就是蓋伯（Gabor）發(fā)明的相襯法。
相襯法仍然需要想辦法在人眼里成為一個可理解的像：人眼看不懂普通的干涉圖案，所以需要把精巧設計的相位板插入到顯微系統(tǒng)的適當位置。現(xiàn)在不需要了：有了干涉圖案，我們硬算就行了。
干涉圖案的產生可能有兩種方式：一種是把整個培養(yǎng)皿當成樣品，讓一束光穿過它，再和另一束參考光發(fā)生干涉；另一種是把培養(yǎng)液（實際上是細胞與培養(yǎng)液的平均體）視為一部分，把細胞（實際上是細胞與培養(yǎng)液的差別）視為另一部分，光通過這兩者就會發(fā)生干涉，用個CCD直接記錄干涉圖樣就可以了。
光源的性質是已知的（人為預先選擇），樣品的情況也基本上了解（主要就是培養(yǎng)液），計算的難度并不是特別大，當然不同算法的效率可能有差別。前幾年就有幾篇碩士論文討論這件事（也做了實驗）。所以，新一代無透鏡全息顯微鏡的亮點主要體現(xiàn)在理論轉化為成果，形成效率。
光學里硬算的例子還有很多。
比如說，天文觀測中的甚長基線射電望遠鏡系統(tǒng)，就是把遍布全球的多個觀測站的信息綜合起來進行處理，從而得到宇宙深處天體的信息。最近拍攝的黑洞照片就是非常成功的例子。
再比如說，很多實驗室都有傅里葉變換光譜儀，其實就是一個邁克爾遜干涉儀，樣品發(fā)出的光（有很多個波長）進入干涉儀以后，探測器得到的光強依賴于干涉儀兩臂的光程差：不同波長的光，干涉的結果不一樣，而探測器對波長的響應不是那么強烈。勻速移動邁克爾遜干涉儀的一個反射鏡，記錄探測器信號隨時間變化的結果，然后再用計算機算一下，就可以得到樣品的整個光譜了。
光學的原理很簡單，應用范圍很廣闊。大學培養(yǎng)一批具有基本素質的人，然后把他們四面八方地撒出去，總有人能夠碰到合適的問題并把它解決掉。實際上，很多事情并不需要特別高深的知識，大學普通物理就足夠了，只是需要有人去做而已。但是，普通高等教育一般不能確定為何（具體目標）而教、為何而學。至于說課堂上使用英文教材，校園里充滿三和大神之類，都只是表象而已。
