主编推荐 | 深圳大学刘丽炜团队：单次曝光定量相位成像，为活细胞动态识别提供速度与精度

Chinese Optics Letters 2026年第4期Editors’ Pick:

Xuan Li, Weinan Huang, Youwei Deng, Yueshu Feng, Binglin Shen, Chao Zhang, Rui Hu, and Liwei Liu, "Interference-based quantitative phase imaging via parallel four-step phase shifting using a beam splitter module," Chin. Opt. Lett.24, 041101 (2026).

该研究以高速、高精度的生物活细胞动态定量监测为目标，提出了一种四个分束窗口并行采集的单次曝光定量相位成像技术（QPI）。通过创新地设计光束分束模块和在SLM上分别加载两种调制图案（环形灰度图或菲涅耳透镜），使得系统在一次曝光中即可同时捕获四幅相移强度图像或者四幅离焦图案。系统在保证了高达135 fps的快速、高灵敏度定量相位成像的基础前提下，集成了干涉测量和非干涉测量方法，进一步拓展了生物应用领域，为细胞干质量波动、形态动力学的无标记、非侵入性研究提供了重要工具。

传统定量相位成像技术（如传统SLIM）的成像速度受限于多帧获取与调制，通常为10-50 fps，难以捕捉毫秒级的快速细胞动态。高速成像通常以牺牲光能利用率、空间带宽积或信噪比为代价，该工作致力于在保证高成像质量、高光源利用率的前提下，从根本上突破成像速度的瓶颈。

尽管已有多种光路设计用于提升成像速度，但在不牺牲成像质量的前提下，实现一种简单、高效的单次曝光解决方案仍具挑战。为实现这一目标，深圳大学刘丽炜教授团队设计了基于双非偏振分束器与直角反射棱镜组合的光束分束模块，搭建了SE-SLIM系统，实现了标准样品与活细胞的动态成像实验，验证了其在高速、高精度定量相位成像方面的优势。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2026年第24卷第4期。

该光学成像系统将SE-SLIM模块与明场显微镜模块集成。分束模块将物镜后焦面的光均匀分割为四束，经空间光调制器（SLM）加载不同的环形相位图案（对应0°、90°、180°、270°相移）调制后，最终在sCMOS相机上同时形成四个分束图像区域。该系统通过500 nm聚苯乙烯微球展现了500 nm的相位分辨率，并验证了高达1.84 nm的空间相位灵敏度与0.82 nm的时间相位灵敏度。在生物应用层面，在高浓度DMSO溶液对红细胞刺激下，系统可以快速捕捉红细胞的形态和干质量；并且在高浓度DMSO溶液刺激HeLa细胞的情况下，系统可以对海拉细胞局部区域干质量动态变化进行定量监测，进而表现了两种细胞在应激下的质量迁移与形态变化关联。

图 单次曝光定量相位成像系统的示意图

研究表明，团队构建的SE-SLIM系统在成像速度、相位灵敏度、光能利用率等方面均表现出显著优势。该工作是光学成像技术与生物医学动态分析需求的交叉融合，将启发研究者在活细胞无损监测、药物反应实时评估等领域探索更高效的光学解决方案。未来，团队将持续优化系统，聚焦无损、无标记的光学成像领域，助力活细胞动态过程定量实时监测能力的提升。

作者简介 

刘丽炜

深圳大学

主要研究方向：光学成像、光学智能感知研究

刘丽炜，教授、深圳大学二级教授、博导，物理与光电工程学院常务副院长。国家杰青、深圳市地方级领军人才。长期从事光学成像、光学智能感知等领域研究，近年发表高水平SCI论文100余篇。主持国家杰青、重点项目、科技部重点研发课题等20余项，授权发明专利20项。获省自然科学一等奖、中国光学工程学会科技进步一等奖、中国光学学会王大珩科技奖等多项荣誉。