切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
  • 非线性焦点调制显微方法实现快速低光强超分辨成像

    作者:李志兰 来源:中国激光 时间:2018-11-12 16:51 阅读:2329 [投稿]
    从频域角度考虑光学显微成像,通过在传统共聚焦点扫描显微成像系统中加入相位调制元件,利用饱和光束照明下的非线性效应,获取了成像样品的更多细节信息,实现了低光强下(毫瓦级别)60 nm分辨率的超分辨成像。

    浙江大学刘旭、匡翠方教授团队发明了非线性焦点调制显微方法(NFOMM)。他们从频域角度考虑光学显微成像,通过在传统共聚焦点扫描显微成像系统中加入相位调制元件,利用饱和光束照明下的非线性效应,获取了成像样品的更多细节信息,实现了低光强下(毫瓦级别)60 nm分辨率的超分辨成像。

    显微技术的发展在近一个世纪的时间里突飞猛进,在1953年、1986年和2014年三次获得了诺贝尔奖,极大地促进了生物医学、物理和化学等领域的发展。


    图1.光学显微成像的重要发展历程

    在传统显微方法中,以共聚焦为代表的点扫描显微方法相比宽场显微方法因为其层切能力强(三维成像分辨率高)、成像深度大、信噪比高等诸多优点而被广泛应用在材料和细胞观测中。然而衍射极限阻碍了传统显微方法观察更微小的结构,限制了点扫描显微方法成像性能的进一步提升。

    在过去的两个世纪里,诞生了众多点扫描超分辨显微方法,如通过缩小激发光斑的受激辐射损耗超高分辨率显微镜(STED),通过减小接收小孔大小的Zeiss Airyscan等。他们无一例外地遵循着缩小空域激发光斑的思路,而根据这一思路的探索具有超分辨系统昂贵复杂,照明光强高(瓦级别)等不足。

    最近,该课题组抛弃了主流的从空域缩小聚焦光斑的探索思路而转向更加泛化的频域调制机理,即将成像系统考虑成低通滤波系统,在实验中尽可能做到:1. 将样品更多的高频分量移动到可被显微镜接收到的低频范围内;2. 对该过程进行建模,然后通过优化算法和前向模型解调出这些高频分量的细节信息。如图2所示,课题组在共聚焦系统照明光路中对光束进行一系列的相位调制,同时控制光强使得荧光分子发光饱和,从而产生大量的非线性高频分量,将获得的多张采集图像经过多视角重建算法处理,得到超分辨显微结果。在验证性实验中,NFOMM取得了4倍于共聚焦显微成像系统的分辨率提升。


    图2.NFOMM基本原理

    分享到:
    扫一扫,关注光行天下的微信订阅号!
    【温馨提示】本频道长期接受投稿,内容可以是:
    1.行业新闻、市场分析。 2.新品新技术(最新研发出来的产品技术介绍,包括产品性能参数、作用、应用领域及图片); 3.解决方案/专业论文(针对问题及需求,提出一个解决问题的执行方案); 4.技术文章、白皮书,光学软件运用技术(光电行业内技术文档);
    如果想要将你的内容出现在这里,欢迎联系我们,投稿邮箱:service@opticsky.cn
    文章点评