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传统三维荧光显微往往依赖轴向扫描、相移***集或特殊传感器来恢复体信息，这会带来系统复杂、曝光时间长、动态样品容易运动模糊等问题。神户大学 Osamu Matoba 团队联合 Amity University Punjab 提出 Snap3D-FM，将液晶透镜放入共光路非相干数字全息系统中，让同一荧光波前的两个正交偏振分量获得不同曲率，并通过轻微横向偏移形成离轴干涉。这样系统无需空间光调制器、无需相移、无需偏振相机，就能在单次曝光中记录三维荧光信息。实验中，该系统在荧光微球和荧光蛋白标记的苔藓活细胞上验证了单次拍摄三维重建能力，曝光时间约 200 ms，较作者此前方案在光通量、全息图质量和所需曝光时间上都有改善。对于需要快速观察细胞结构和动态过程的三维荧光成像，这项工作提供了一种更紧凑、低成本、光路稳定的实现路径。该成果以 Snap3D-FM: snapshot 3D fluorescence microscopy for live biological imaging 为题，于2026年7月1日在线发表于《Advanced Photonics Nexus》。

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图1 所提出 Snap3D-FM 的实验系统。

a，实验装置示意图。

b，液晶透镜结构。

c，光线图展示两个具有不同曲率半径的正交偏振物光波场之间形成干涉的过程。BPF 为带通滤波片，DM 为二向色镜，L_i 为透镜，LC lens 为液晶透镜，*** 为空间滤波器，MO 为显微物镜，P_i 为偏振片。

图2 未施加电压时，液晶透镜中两个正交偏振分量的相位分布。

a，来自液晶透镜的一个正交偏振分量的相位分布。

b，来自液晶透镜的另一个正交偏振分量的相位分布。

c，图 a 对应的截面相位曲线。

d，图 b 对应的截面相位曲线。

图3 施加电压时，液晶透镜中调制和未调制偏振分量的相位响应。

a，施加电压 V1=6 V、V2=1.4 V 时，调制偏振分量的相位分布。

b，同一条件下，未调制偏振分量的相位分布。

c，图 a 对应的截面相位曲线。

d，图 b 对应的截面相位曲线。

e，调制与未调制偏振分量截面曲线的叠加结果。

图4 荧光微球成像与重建结果。

a，荧光微球图像。

b，记录得到的数字全息图。

c，图 b 的傅里叶变换结果。

d，恢复得到的荧光微球相位。

e，恢复得到的荧光微球振幅。

f，沿图 e 中虚线 AB 选取的荧光微球，比较原始记录图像与重建结果的归一化强度曲线。

图5 活体植物细胞细胞核的三维荧光成像结果。

a，位于三维空间中的活体植物细胞细胞核荧光图像。

b，记录得到的数字全息图。

c-l，不同轴向平面（±d）处恢复得到的聚焦细胞核图像。白色箭头标出聚焦细胞核，每个子图插图给出穿过聚焦细胞核的强度曲线，图下方标注对应 SNR 数值。

文献来源：

Kumar, M., Nishimura, M., Prajapati, V., et al. Snap3D-FM: snapshot 3D fluorescence microscopy for live biological imaging. Advanced Photonics Nexus 5, 056008 (2026). DOI: 10.1117/1.APN.5.5.056008返回搜狐，查看更多