荧光显微镜技术已沿用数十年，成为科学家探索生物细胞与有机体内部运作的关键工具。然而，传统平台在三维成像时往往速度滞后，难以捕捉快速生物动态，且强光照射极易损伤活体样本，限制了其在解剖学、发育生物学及神经科学等长时程研究中的应用。
针对这一痛点，香港大学电气电子工程系副教授蔡家伟博士团队研发出新型光学成像技术——编码光片阵列显微镜（CLAM）。该技术不仅能以每秒数十个体积的高帧率进行三维成像，更在能效与样本保护上实现重大突破，其光强温和程度比实验室广泛使用的标准三维显微镜高出1000倍以上，极大降低了对活体样本的扫描损伤。
传统三维生物显微镜的瓶颈在于必须逐点、逐线或逐层顺序扫描整个样本体积，单次三维快照需重复照射数千至数百万次，光强甚至远超阳光。这种反复照射不仅加速了荧光物质的“光漂白”现象，导致荧光信号在有限时间内永久衰减，还浪费了宝贵的荧光“预算”，大量产生的荧光并未形成最终图像。
CLAM的核心创新在于利用一对平行镜将单束激光转化为高密度“光片”阵列，覆盖样本大面积区域进行荧光激发。博士后任宇轩指出，这种技术实现了整个三维体积图像的并行捕获，无需逐层扫描，从而在保持高灵敏度和速度的同时，实现了温和高效的三维荧光成像，显著抑制了光漂白效应。
为在并行成像中保持高分辨率与画质，团队引入了通信领域广泛使用的码分多路复用（CDM）图像编码技术。博士后赖君琪博士表示，这是CDM技术首次应用于三维成像，它允许使用二维图像传感器同时捕获并数字重建所有三维图像堆栈，成功解决了并行成像的画质难题。
作为概念验证，团队利用CLAM在微流控芯片中捕获了高速微粒流动的三维视频，体积速率超过每秒10个，媲美最先进技术。研究发起人吴江来博士强调，CLAM的成像速度理论上无根本限制，仅受限于探测器（相机）的读取速度。随着高速相机技术的进步，CLAM的扫描速度仍有巨大提升空间。
团队进一步将CLAM与港大李嘉诚医学院新开发的组织透明化技术结合，实现了对小鼠肾小球和肠道血管网络的高帧率三维可视化。蔡家伟博士预测，该技术可拓展至大规模存档生物样本的组织病理学调查，例如绘制大脑细胞组织图谱，为神经科学研究提供新工具。
由于CLAM成像对样本极其温和，它特别适用于对活体生物样本进行长期的连续“监控”。蔡家伟博士认为，这将深刻改变我们对细胞生物学的理解，例如实时追踪胚胎发育过程、监测细胞受病毒或细菌感染情况，以及观察药物如何杀死癌细胞，这些以往难以实现的任务如今将成为可能。
CLAM技术只需对现有显微镜系统进行极少的软硬件修改即可适配。团队计划借此进一步升级系统，深化在细胞生物学及动植物发育生物学领域的研究。对于中国生物医学工程领域的从业者而言，这种将通信编码技术跨界应用于显微成像的思路极具启发，提示我们在硬件升级受限的情况下，通过算法与编码策略的创新，同样能突破传统光学成像的物理瓶颈，为国产高端显微设备的技术突围提供新路径。