結構光照明超分辨微分干涉相襯顯微成像技術.pdf

1、微分干涉相襯(Differentialinterferencecontrast,DIC)顯微鏡,是60年前發(fā)展起來的用于觀察未染色透明的生物樣品(相位樣品)。目前,其已經(jīng)成為使用最廣泛的顯微成像技術中的一種技術,且在生物醫(yī)學研究領域具有廣泛的應用。DIC成像技術是將樣品中相位梯度的變化轉化為強度變化,并且由兩束橫向上有略微距離(幾百納米)的光干涉產(chǎn)生相位的一階導數(shù)信息。對比于熒光顯微成像技術,DIC顯微鏡具有非侵入性和無需樣品標記或染色

2、的優(yōu)點,可以允許人們觀察沒有處理過的“天然”的樣品,在實際應用中很有意義。而對比于相襯顯微鏡,DIC顯微鏡具有以下優(yōu)點:高空間分辨率;無光暈偽像;光學層析能力。然而,作為一種遠場光學顯微鏡,DIC顯微鏡的空間分辨率受到了光學成像中衍射法則的限制,這使得許多小于衍射極限的生物結構在DIC成像中不可分辨。因此,為了觀察更加精細的結構并且理解它們的功能,提高DIC成像的空間分辨率(打破分辨率衍射極限)顯得極為重要。
　　我們提出了一種打

3、破分辨率衍射極限的DIC成像技術,稱之為結構光照明DIC(structuredilluminationDIC,SI-DIC)顯微鏡。此技術的物理思想是將結構光照明的觀念應用于傳統(tǒng)的DIC顯微鏡來擴寬DIC成像系統(tǒng)的相干傳遞函數(shù)(coherenttransferfunction,CTF)的帶寬,從而使重構得到的DIC圖像的分辨率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)DIC顯微鏡的成像分辨率。接著,我們進一步發(fā)展了結構光照明超分辨DIC成像技術,提出了基于空間光調制

4、器DIC的結構光照明成像技術。此技術在實現(xiàn)超分辨DIC成像的同時,具有結構相對簡單且DIC的重要參數(shù)(剪切方向、大小及基延遲)很容易變換的優(yōu)點。
　　本文取得的主要創(chuàng)新研究結果如下:
　　(1)提出了結構光照明DIC超分辨顯微成像技術。發(fā)展了結構光照明DIC成像理論,并通過計算機仿真的方法,驗證了提出的結構光照明DIC成像理論。設計并建立了結構光照明DIC超分辨顯微成像系統(tǒng)。使用數(shù)值孔徑為0.8的聚光鏡與物鏡,以53nm聚苯

5、乙烯小球樣品,測量系統(tǒng)成像分辨率,獲得了190nm的成像分辨率,打破了傳統(tǒng)DIC成像分辨率衍射極限(380nm)。較傳統(tǒng)DIC成像,結構光照明DIC成像的分辨率提高了兩倍。并使用結構光照明DIC成像系統(tǒng)觀察了生物樣品(人臍靜脈內皮細胞),同樣獲得了超分辨的實驗結果,展示了此技術在生物學方面的應用。
　　(2)提出了基于空間光調制器DIC的結構光照明成像技術。研究了基于空間光調制器的DIC成像原理,建立了基于空間光調制器DIC的結構