光学镊子切片显微镜原理。

3D成像技术是解析细胞结构与动态过程的核心工具，但传统光学方法受限于技术原理：其依赖粘附或机械固定实现细胞操控与扫描，不仅限制了对悬浮细胞的适用性，还可能诱发细胞应激反应，干扰观测结果。因此，开发非接触式全光学3D成像技术，实现对活体悬浮细胞的原位观测，一直是推动生物学基础研究与应用发展的关键挑战。

近日，《科学进展》期刊报道了一项突破性成果：中国科学院西安光学精密机械研究所姚保利教授与瑞士洛桑联邦理工学院奥利维尔?J?F?马丁（Olivier JF Martin）教授团队合作，研发出光镊切片显微术（OTSM），成功实现了悬浮活细胞的全光学3D成像。该技术为活细胞动态观测、多细胞组装研究及相关生物学应用提供了创新性工具。

OTSM 的核心设计在于技术整合：研究团队将全息光镊（HOT）与结构光照明显微（SIM）有机结合，构建了兼具捕获与成像功能的集成系统。该技术的基本思想表现为：通过花瓣形光学陷阱实现对多个悬浮活酵母细胞的精准捕获；采用轴向扫描方式完成全容积成像，在每个深度同步采集三张相位偏移图像；再通过OS-SIM算法重建获得高分辨率切片，最终实现无需样本固定的非接触式高保真3D重建。

实验验证中，该系统展现出优异的操控与成像性能：12 个悬浮活酵母细胞可被精确操控为六边形、五边形及环形结构，并实现高清晰度3D成像，完整呈现了从细胞捕获到3D重建的全光学流程。

光镊切片显微术对12个悬浮酵母菌细胞排布形成几何图案的3D成像

其技术优势方面，全息光镊（HOT）的引入起到关键作用：通过将细胞稳定约束于结构化照明条纹周期内，显著降低运动模糊，保障轴向扫描的稳定性。成像结果显示，细胞的特征结构清晰可辨 —— 其暗色外壳与明亮核心的形态参数精确可测：外壳横向平均直径 4.16 μm、轴向 6.21 μm，核心横向平均直径 2.72 μm、轴向 4.34 μm，二者椭圆率分别为 0.67 与 0.63。

OTSM 技术从根本上突破了传统生物成像对静态样本与机械扫描的依赖。姚保利教授指出：“该技术推动了结构照明显微镜与光学操纵技术的融合，为光学镊子与其他成像技术的跨学科整合奠定基础，有望满足各向同性分辨率、大视场及超分辨率成像的需求。”

此项突破为活体悬浮细胞的动态研究提供了全新范式，其在细胞生物学、发育生物学及生物工程领域的应用潜力值得期待。