無透鏡芯片式顯微鏡去除了鏡片的束縛，通過采用傳感器，采集樣品的數字信息，對數字信息進行運算重建，依托現代數碼設備強大的計算能力，可以瞬間分析大量數據。
近年來，顯微鏡變得越來越*，但是，卻不得不面臨一些極限。明顯的極限是成像視野范圍，它由空間帶寬積(space-bandwith product)決定。類似于海森堡不確定性原理，空間帶寬積是對成像系統信息承載能力的衡量。實際上對于傳統含透鏡顯微鏡，為了提高空間帶寬積的數值，需要尋找低放大倍率(<10x)和高的na(>0.5)透鏡，但花費往往數千美元，因為需要在大視場校正光學像差。同時，具有高na數值的透鏡往往非常龐大。無透鏡顯微鏡具有幾何成像芯片，樣品被放置在光電傳感陣列上，樣品與傳感平面的距離常常小于1mm。這一系統的空間帶寬積可以達到一百萬到一千萬。造價越來越低廉的cmos傳感器和智能手機強大的計算能力，為這一成果帶來很大的現實意義，不管是任何偏遠的地方，人們只要攜帶一個輕便便宜手機大小的顯微鏡，就可以的進行疾病的診斷。
圖1.無透鏡芯片式顯微鏡
a.結構很簡單：僅需要光源、透明樣品和成像傳感器。
b、c無透鏡顯微鏡可以被制作成緊湊，低價的移動設備。
圖2.無透鏡顯微鏡的典型巴氏涂片成像
左下角虛線框為傳統的40x和20x顯微鏡的成像視野范圍，可以發現其范圍相比于無透鏡顯微鏡，非常小。
圖3.對精子細胞的三維空間追跡
使用無透鏡顯微鏡對8μl容積內的約1500個人類精子細胞進行追跡。
如圖顯示了一小部分精子的運動軌跡是螺旋形的，插圖顯示了其運動軌跡的投影，投影平面與精子整體運動方向垂直。
圖4.無透鏡顯微鏡彩色成像與分辨，下圖顯示了彩色全息成像的幾種獲取方式。
(a)去馬賽克像素超分辨。樣品同時被不同波長的光照射，全息圖被彩色傳感器記錄。
(b)另一種方法是在yuv顏色空間起作用，它將亮度分量(y)從色度分量(uv)分開處理。在yuv平均化過程中，得到的亮度分量具有高分辨率，而色度分量具有低分辨率。
(c)在紅綠藍三個波段獲取全息圖，經過數字處理合成彩色圖。
(d)傳統顯微鏡成像。
(a)、(b)、(c)三種方法成像分辨率優于傳統顯微成像。
圖5.自組裝納米透鏡(nanolens)增強的芯片式顯微鏡
a.由于納米尺寸的物體散射效果太弱，很難被無透鏡顯微鏡探測到。然而，在納米粒子自組裝形成的納米透鏡使得探測納米尺寸的物體變得可能。插圖顯示了納米透鏡隨著時間的形成過程，熱的蒸汽在冷的基底和粒子周圍逐漸凝結。
b.從直徑83nm小珠子實驗測量得到的光學相位信號(黑色小點點)，與理論預測曲線吻合(紅色曲線)。插圖顯示了對應點的圖像。當納米透鏡生長的時候，信號先是變強，之后隨著珠子的增大而變弱。
無透鏡芯片式顯微鏡去除了鏡片的束縛，通過采用傳感器，采集樣品的數字信息，對數字信息進行運算重建，依托現代數碼設備強大的計算能力，可以瞬間分析大量數據。這對工業和醫學具有*的意義，其商業化也在穩步進行，醫生可以在邊遠的貧困地區，使用這種手機大小的顯微鏡，對瘧疾等熱帶疾病進行診斷。當然，它還有很大的進步空間，包括采用深度學習算法，訓練人工神經網絡，提高運算能力，提高信噪比和分辨率等。
此論文是ozcan教授團隊對近年來發文的綜述性總結，ozcan教授是ucla的chancellor’s教授，他在移動醫療，納米顯微，寬場成像和無透鏡成像等領域做出了杰出的貢獻，現為osa, ieee, spie, rsc, aimbe 等多所科學協會fellow。
編輯點評
近年來，顯微鏡變得越來越*，無透鏡芯片式顯微鏡去除了鏡片的束縛，依托現代數碼設備強大的計算能力，可以瞬間分析大量數據。這對工業和醫學具有*的意義，其商業化也在穩步進行。未來，這一技術將在工業、醫學等研究領域發揮重要價值。
(原標題：無透鏡芯片式顯微鏡)

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