蔡司Lightfield 4D技術(shù)應(yīng)用案例助力生命活動(dòng)捕捉

 
在生命科學(xué)研究中，真實(shí)而完整地捕捉生命活動(dòng)的動(dòng)態(tài)始終是科研人員的追求。借助全新蔡司 Lightfield 4D 技術(shù)，這一愿景正在成為現(xiàn)實(shí)。

2025年4月，蔡司 Lightfield 4D 技術(shù)正式發(fā)布，本期將為您帶來更多應(yīng)用案例，助力您的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
 

案例展示

還原生命的真實(shí)動(dòng)態(tài)
發(fā)育斑馬魚心臟的形態(tài)和心壁運(yùn)動(dòng)
 
在發(fā)育斑馬魚心臟的研究中，Lightfield 4D 展現(xiàn)了其在捕捉動(dòng)態(tài)過程中的優(yōu)勢(shì)。由于心臟在不斷跳動(dòng)，因此以三維形式分析胚胎心臟的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)十分具有挑戰(zhàn)性。數(shù)據(jù)來源于受精后3日、包埋于瓊脂糖凝膠的斑馬魚胚胎。蔡司Lightfield 4D能夠以每秒80個(gè)體積的速度對(duì)跳動(dòng)心臟進(jìn)行成像，1.2秒內(nèi)即可采集3次完整心跳，使心肌細(xì)胞在時(shí)間和空間上都得到了解析。使用蔡司arivis pro三維大數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行細(xì)胞分割和三維追蹤便可以清楚地看到，心肌細(xì)胞在每次心跳中都遵循完全相同的軌跡。 
 

跳動(dòng)的受精后 3 天斑馬魚胚胎心臟，金色標(biāo)記心肌細(xì)胞核，
使用arivis Pro進(jìn)行細(xì)胞核運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤
 
以三維視角去偽存真
三維類器官無畸變體成像
 
在類器官成像中，該技術(shù)同樣表現(xiàn)出優(yōu)越性。我們身處與三維的世界中，因此以三維的方式來描述和觀測(cè)生命發(fā)育尤為重要。
使用蔡司Lightfield 4D，單次曝光即可拍攝到樣品完整三維圖像，且軸向畸變非常輕微，數(shù)據(jù)幾乎是各項(xiàng)同性的。這意味著我們能夠精確還原樣品在真實(shí)狀態(tài)下的情況而不會(huì)像傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡那樣受到軸向畸變的干擾。
 
 
結(jié)腸癌類器官，品紅色標(biāo)記細(xì)胞骨架，藍(lán)色標(biāo)記細(xì)胞核，使用 40 倍物鏡拍攝 
   
為切片樣品添加3D視野
厚切片快速三維掃描

如果使用冰凍切片或振動(dòng)切片技術(shù)制備組織切片，切片的厚度往往都會(huì)較厚，致使我們?cè)诔上駮r(shí)遇到難以聚焦，無法采集到完整多層面信息等問題。而使用Lightfield 4D得以讓我們一次成像就采集到一個(gè)視野下的完整三維信息，這樣僅需使用Lightfield 4D進(jìn)行常規(guī)圖像拼接掃描，即可獲得全尺寸三維切片圖像，讓圖像細(xì)節(jié)不再因?yàn)榫劢箚栴}而產(chǎn)生遺漏。
 

300um透明化小腸切片，金色標(biāo)記血管，藍(lán)色標(biāo)記神經(jīng)，25x物鏡拍攝
 
為什么能夠做到？
這些突破性的成像成果源自 Lightfield 4D 的核心原理。

在生命科學(xué)研究中，科學(xué)家需要在時(shí)間與空間兩個(gè)維度上同時(shí)獲取高精度數(shù)據(jù)，以深入理解復(fù)雜的生物過程。然而，傳統(tǒng)光學(xué)切片技術(shù)依賴逐層采集構(gòu)建 Z 軸數(shù)據(jù)（Z-stack），這種方式需要逐幀成像，導(dǎo)致時(shí)間延遲的不可避免，降低了對(duì)快速生物過程的捕捉能力。同時(shí)，持續(xù)光照帶來的光毒性限制了對(duì)完整活體樣本的長時(shí)間成像。對(duì)于神經(jīng)科學(xué)、癌癥研究、發(fā)育生物學(xué)和植物科學(xué)等領(lǐng)域，這些限制成為進(jìn)一步探索復(fù)雜生物過程的主要障礙。
為解決這一問題，蔡司開發(fā)了基于光場(chǎng)原理的 Lightfield 4D 高速體成像技術(shù)。該技術(shù)可通過單次曝光在同一時(shí)間點(diǎn)獲取完整的三維數(shù)據(jù)，從根本上消除了逐層成像帶來的時(shí)間延遲。通過微透鏡陣列實(shí)現(xiàn) 37 幅獨(dú)立圖像的同步采集，并重構(gòu)為完整三維圖像，Lightfield 4D 能夠以每秒高達(dá) 80 個(gè)三維體積的速度清晰記錄樣本內(nèi)部的快速變化。同時(shí)，該方法僅需一次曝光即可完成完整的 Z-stack 采集，顯著降低了光毒性，支持對(duì)完整活體樣本進(jìn)行長時(shí)間觀察。Lightfield 4D 已集成至全新升級(jí)的蔡司 LSM 910 和 LSM 990 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)，結(jié)合新型高帶寬電子元件與卓越的光學(xué)性能，為生命科學(xué)研究提供了高速、溫和且高保真的體積成像手段。
 

  
 
索取資料

Lightfield 4D 將空間與時(shí)間相結(jié)合，為研究人員提供了一種全新的成像方式，能夠以高速、溫和和高保真的方式揭示復(fù)雜的生物過程。如需進(jìn)一步了解該技術(shù)的工作原理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用案例，歡迎索取詳細(xì)資料。