目前，莱斯大学的研究团队正在开发一种平板显微镜，是一种新型荧光显微镜，能够捕捉三维数据，并在视野中的任何地方生成图像。图片来源：莱斯大学

镜头将没有必要成为一些显微镜的必须配置了，来自莱斯大学的工程师开发的一种新型的平坦、薄层的荧光显微镜，其能力或将超过老式的显微镜设备。

莱斯大学的工程师Ashok Veeraraghavan, Jacob Robinson, Richard Baraniuk和他们的实验室在《科学进展（Science Advances）》杂志上发表文章介绍了这种新型宽场显微镜，其尺寸比信用卡更薄，小到可以放在指尖，能够在几个立方毫米体积内实现微米的分辨率。

平面显微镜消除了阻碍传统的显微镜透镜阵列权衡情况，可以从一个更大的视野收集光或从一个较小的区域收集更多的光

莱斯大学团队研究的这种新型平面显微镜将作为美国国防部高级研究计划—可植入的高分辨率神经接口的一部分。但是这种装置的应用潜力要大得多。研究人员声称，平面显微镜是实验室前期研究的平面镜头的更进一步，可以作为植入内窥镜，实现大面积成像的灵活的显微镜。

“我们认为这次对平面镜头的提升可以解决更大的问题，”Baraniuk说。

传统荧光显微镜是生物学中必不可少的工具。他们从插入细胞和组织的粒子中提取荧光信号，这些光被特定波长的光所照亮。这种技术允许科学家用纳米尺度的分辨率探测和跟踪生物制剂。

上图所是是莱斯大学的研究生Vivek Boominathan和Jesse Adams正在搭建平面显微镜，这一无透镜的平面摄像机或让荧光显微镜能够捕捉到的三维数据，且能够捕捉到视野内的任何地方产生的图像。图片来源：莱斯大学

但是，像所有传统的显微镜、望远镜和照相机一样，它们的分辨率取决于镜片的大小，它们的体积大，重量大，限制了它们在生物应用中的应用。

Rice团队采取了不同的方法。它使用所有的电子相机捕捉入射光时所用的相同的电荷耦合器件（CCD）芯片，但与传统电子相机的相似之处仅此而已。通过平面镜头项目的启发，平面显微镜的视野与CCD传感器的尺寸，可根据需要或大或小。它是扁平的，因为它用振幅掩模代替了传统显微镜中的透镜阵列。

这种类似于条形码的掩模直接位于CCD的前面。通过掩模和传感器发出的光成为计算机程序解释产生图像的数据。

该算法可以集中在三维数据的任何部分，范围捕获并生成物体在某个地方小于微米的图像。

Robinson说，其具有的分辨率使设备成为了显微镜。在您的手机或数码单反相机通常会有100微米分辨率，当你拍摄微距照片时，分辨率大约是20到50微米。

“我认为显微镜是一种可以让你在微米尺度上成像的东西，”他说。这意味着比人的头发直径小的东西，如细胞、细胞的部分或纤维的精细结构。

在莱斯大学开发的可用于实现三维数据测量的平面显微镜，通过掩膜和一个指甲盖大小的摄像头芯片实现图像捕捉。它将数据发送到一台计算机，该计算机将其处理成一个图像。该照相机可以用作可植入内窥镜、大面积成像器或柔性显微镜。图片来源：莱斯大学

实现这一分辨率需要修正平面镜头，进一步削减到达传感器的光线以及更新他们的软件部分，Robinson说。这并不是琐碎的简单应用平面镜头的那种实现图像捕获的软件技术。

这种掩膜是类似于在一个透镜的相机，光线聚焦到传感器的孔径，但来自传感器只有几百微米，只允许现有的光的一部分获得通过，限制数据，简化处理量。

“在一个百万像素的相机中，计算问题需要一个矩阵，一百万乘以一百万个元素，” Robinson说。“这是一个难以置信的大矩阵。但是由于我们通过行和列的模式将其分解，我们的矩阵仅仅是100万个元素。”

将数据从六百万兆字节分成更实用的21兆字节，这意味着加工时间缩短。从需要一个小时或更多的时间来处理图像的平面镜头的早期版本，到平面显微镜捕捉三维数据达到每秒30帧。

Veeraraghavan说，物联网蓬勃发展的互联网可以提供平坦的摄像机和显微镜应用。这反过来又会压低成本。与传统的相机相比这个技术的一个很大的优点，因为我们不需要镜头，我们不需要复杂的后期加工，我们可以从生产线上直接生产下来。

但他们的主要目标是医疗用途，从诊所的可植入范围到上临床上的手掌大小的显微镜。能在你的口袋里携带一个显微镜将是一个很便捷的技术，Veeraraghavan说。

研究人员指出，他们目前的工作主要集中在荧光应用，平面显微镜也可用于明场，暗场和反射光显微镜中。他们建议在一个灵活的设备上实现平面显微镜数组从而适用匹配不同目标。