生物標本本質上具有三維特性。因為可見光在生物組織中具有較弱的穿透深度，因此傳統生物學需將三維組織進行二維切片，以減少離焦面信息對目標深度的影響。因此基于石蠟切片的二維成像成為了生命科學研究中的觀測工具。然而，二維切片具有難以避免的局限性（如圖1所示）。

場景1：盤繞彎曲形狀的三維形態

場景2：復雜細胞分布的評估

場景3：檢測稀有或稀疏物體，識別稀有細胞或藥物靶標

如：基因標記的稀有細胞、藥物在靶點研究中的生物分布、干細胞/祖細胞研究及PDX 模型中的子克隆等。

三維非切片成像技術可多次成像同一組織樣本。處理大樣本時，焦平面上下區域的失焦信息可能干擾成像質量。1988年，Marvin Minsky研發了共聚焦顯微鏡，通過小孔過濾非焦面光信號，開啟了“光學虛擬切片”技術。隨后，激光掃描共聚焦顯微鏡、激光掃描雙光子顯微鏡和轉盤共聚焦顯微鏡等技術逐步商業化（如圖2）。

真正意義上使用光來進行“切片”的技術—光片顯微鏡（Light Sheet Microscope，圖2C），其歷史可追溯到1903年。

1990年代，華盛頓大學Francis實驗室研發了正交平面熒光光學切片裝置（OPFOS），實現了對整個耳蝸的清晰熒光圖像捕捉，為相關研究領域提供了技術支撐（Spelman F. A., J. Microsc. 1993）。

2004年，Jan Huisken在《Science》上發表了關于SPIM技術的論文，推動了光片顯微鏡技術的進步和現代化應用，并凸顯了其在胚胎發育研究中的實用性。該論文提供了青鳉神經節細胞搏動和果蠅胚胎發育的熒光圖像作為實證。

光片顯微鏡兼具低光損傷、高成像對比度、大視野、深度采樣、三維成像速度快的顯微成像儀器。

2014年，光片成像技術被Nature methods選為Method of the Year 2014。

光學切片技術的進步推動了熒光三維成像成為20世紀末顯微鏡，成像深度從幾十微米提升至幾分之一毫米（Denk等，1990）。基因編碼熒光蛋白提供了高特異性標記方法，無需抗體擴散，實現了更深入成像（Chalfie等人，1994）。但組織異質性導致的光散射阻礙了厚組織高分辨率三維成像研究。

光學設計實現空間生物學的多尺度成像，軸向分辨率較傳統光片系統有明顯提升。此外，該技術還具備倒置成像、折射率匹配系統，確保從亞微米到毫米級別的跨尺度成像，該設備以其各向同性分辨率、低光損傷、高成像對比度等特點，為生物學研究提供了一個全新的觀察窗口。

研究＆應用方向