由華盛頓大學生物醫學工程系汪立宏(Lihong Wang)教授領導的一個生物醫學工程師小組,開發出了世界上最快的只接收(receive-only)2D照相機,其每秒能夠捕捉高達1000億幀的畫面。
這一數量級遠遠快于當前所有的只接收超高速成像技術,受到芯片儲存量和電子讀取速度的限制后者只能以大約1000萬幀/秒的速度運行。汪立宏和同事們將這一技術命名為壓縮超高速攝影術(compressed ultrafast photography,CUP)。這項研究被選作為封面文章發表在12月4日的《自然》(Nature)雜志上。
汪立宏說:“由于這一技術將成像幀速率提高了幾個數量級,我們現在進入了一個新領域來開拓新的視野。每一種新技術,尤其是量的飛躍,總是有大量的新發現緊隨其后。我們希望CUP將推動科學新發現——甚至是我們所無法預料的發現。”
汪立宏教授的照相機不同于柯達(Kodak)或佳能(Cannon)的照相機,這一系列的設備能夠連接高倍顯微鏡和望遠鏡來捕獲動態的自然和物理現象。一旦獲得原始數據,可在個人計算機上形成實際圖像;這種技術被稱作為計算成像。
NIH下屬美國國家生物醫學成像和生物工程系研究所光學成像項目主任Richard Conroy說:“這是一項令人興奮的研究進展和創新性研究工作。這些超高速相機有潛力大大推動我們對于一些極快速生物互作和化學過程的認識,使得我們能夠構建出更好的復雜、動態系統模型。”
這項技術的一個直接應用領域就是生物醫學。他們拍攝的一個影像顯示,一束綠色激發光向右側的熒光分子發射脈沖,在那里綠光轉變為了紅光,這即是熒光。通過追蹤它,研究人員能夠對熒光壽命進行單次評估,由此檢測疾病或是反映如pH或氧分壓等細胞環境條件。此外,汪立宏設想的其他應用領域還包括有天文學和法醫學。
汪立宏的CUP研究工作突破了基礎物理學的空間限制,也突破了對生物學組織深度成像的限制。
汪立宏說:“熒光是生物技術的一個重要方面。我們可以利用CUP以光速來成像各種熒光團的壽命,包括一些熒光蛋白。在天文學世界里,CUP則可能改變游戲的規則。”