蔡司Lightfield 4D技術應用案例助力生命活動捕捉

 
在生命科學研究中，真實而完整地捕捉生命活動的動態始終是科研人員的追求。借助全新蔡司 Lightfield 4D 技術，這一愿景正在成為現實。

2025年4月，蔡司 Lightfield 4D 技術正式發布，本期將為您帶來更多應用案例，助力您的科學發現。
 

案例展示

還原生命的真實動態
發育斑馬魚心臟的形態和心壁運動
 
在發育斑馬魚心臟的研究中，Lightfield 4D 展現了其在捕捉動態過程中的優勢。由于心臟在不斷跳動，因此以三維形式分析胚胎心臟的形態和運動十分具有挑戰性。數據來源于受精后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個體積的速度對跳動心臟進行成像，1.2秒內即可采集3次完整心跳，使心肌細胞在時間和空間上都得到了解析。使用蔡司arivis pro三維大數據分析軟件進行細胞分割和三維追蹤便可以清楚地看到，心肌細胞在每次心跳中都遵循完全相同的軌跡。 
 

跳動的受精后 3 天斑馬魚胚胎心臟，金色標記心肌細胞核，
使用arivis Pro進行細胞核運動軌跡追蹤
 
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，該技術同樣表現出優越性。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生命發育尤為重要。
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，數據幾乎是各項同性的。這意味著我們能夠精確還原樣品在真實狀態下的情況而不會像傳統光學顯微鏡那樣受到軸向畸變的干擾。
 
 
結腸癌類器官，品紅色標記細胞骨架，藍色標記細胞核，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切片技術制備組織切片，切片的厚度往往都會較厚，致使我們在成像時遇到難以聚焦，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視野下的完整三維信息，這樣僅需使用Lightfield 4D進行常規圖像拼接掃描，即可獲得全尺寸三維切片圖像，讓圖像細節不再因為聚焦問題而產生遺漏。
 

300um透明化小腸切片，金色標記血管，藍色標記神經，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。

在生命科學研究中，科學家需要在時間與空間兩個維度上同時獲取高精度數據，以深入理解復雜的生物過程。然而，傳統光學切片技術依賴逐層采集構建 Z 軸數據（Z-stack），這種方式需要逐幀成像，導致時間延遲的不可避免，降低了對快速生物過程的捕捉能力。同時，持續光照帶來的光毒性限制了對完整活體樣本的長時間成像。對于神經科學、癌癥研究、發育生物學和植物科學等領域，這些限制成為進一步探索復雜生物過程的主要障礙。
為解決這一問題，蔡司開發了基于光場原理的 Lightfield 4D 高速體成像技術。該技術可通過單次曝光在同一時間點獲取完整的三維數據，從根本上消除了逐層成像帶來的時間延遲。通過微透鏡陣列實現 37 幅獨立圖像的同步采集，并重構為完整三維圖像，Lightfield 4D 能夠以每秒高達 80 個三維體積的速度清晰記錄樣本內部的快速變化。同時，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，支持對完整活體樣本進行長時間觀察。Lightfield 4D 已集成至全新升級的蔡司 LSM 910 和 LSM 990 共聚焦顯微鏡系統，結合新型高帶寬電子元件與卓越的光學性能，為生命科學研究提供了高速、溫和且高保真的體積成像手段。
 

  
 
索取資料

Lightfield 4D 將空間與時間相結合，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雜的生物過程。如需進一步了解該技術的工作原理、實驗數據和應用案例，歡迎索取詳細資料。