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哈工大:新型生物光學顯微鏡成像技術 ATM 獲重要進展

2020-08-10 20:13:20 IT之家 騎士 編輯:麗麗 瀏覽數:34摩信網

IT之家7月18日消息 據哈爾濱工業大學官方發布,物理學院王健副教授在最新一期國際光學權威期刊《光學》(Optica)上以 “艾里光束層析成像顯微鏡”(Airy-beam Tomographic Microscopy)為...

IT之家7月18日消息 據哈爾濱工業大學官方發布,物理學院王健副教授在最新一期國際光學權威期刊《光學》(Optica)上以 “艾里光束層析成像顯微鏡”(Airy-beam Tomographic Microscopy)為題發表最新研究成果,提出一種基于艾里光場的新型無掃描、高分辨、三維顯微成像技術 ATM,并成功應用于生物細胞成像?!豆鈱W》(Optica)是美國光學學(OSA)的旗艦期刊,王健副教授是論文第一作者和共同通訊作者。

高斯分布光場經過頻域調制后可以產生具有無衍射、自修復、自加速特性的艾里光束。光束的無衍射特性有助于提升光學成像的分辨率;自修復特性可降低光束透過介質的散射影響,提高成像信噪比;自加速特性可實現光束在自由空間的橫向自彎曲傳播。將上述特性綜合應用,該團隊提出一種獨特的基于二維投影圖像重建的三維顯微成像方法 ATM(見圖 1),僅通過改變調制器上的圖案,即可以重建高分辨三維目標圖像,無需機械掃描。

圖 1 ATM 成像原理

IT之家獲悉,ATM 成像過程包括艾里光束的傳播調控、PSF 調控以及投影重建算法等多項創新技術,通過頻域的 Chirp 處理增大焦面單側方向的傳播距離,抑制光束旁瓣對成像分辨率的影響。粒子成像實驗表明,在 40 倍物鏡下該技術的橫向分辨率為 400-700nm,深度分辨率 1-2 微米。

文章中利用該技術對小鼠腎細胞中的腎管和腎小球進行了觀測(見圖 2),相比于傳統 z 掃描成像技術,ATM 技術具有信噪比高、無需機械掃描即可實現深視場(10 微米以上)成像等優勢。結合艾里光束三維重建成像算法,ATM 橫向分辨率接近光學衍射極限,深度方向實現超分辨。該技術有望在其它三維成像技術中獲得應用。

圖 2 (a)腎管的傳統 z 掃描成像;(b)腎管的 ATM 成像;(c)、(d)腎管 ATM 成像三維結構圖和切面圖;(e)腎小球的雙色 z 掃描成像(上 568nm;下 488nm);(f)腎小球的雙色 ATM 成像(上 568nm;下 488nm);(g)雙色合成圖像;(h)圖(g)中管狀結構放大圖;(i)、(j)、(k)管狀結構三個維度的半

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