基于干涉的定量相位成像及偏振调制的荧光成像

发布时间：2020-04-06 08:30

【摘要】：作为科学研究中用于观察的重要工具,光学显微镜被广泛应用于医学、生命科学及材料科学等领域中。根据入射光与所观测的样品之间作用方式的不同,光学显微成像可以被分为荧光成像和非荧光成像。荧光成像,就是对所要观察的样品进行荧光标记,荧光物质被激发后发射荧光信号被接收而成像。而在非荧光成像中,主要通过照射样品之后的透射或散射光成像,当然还包括光与特定物质的一些其他作用。本文分别对这两种成像方式中较为突出的几种方法进行了阐述,并针对其中的问题和不足提出了创新性的解决方法。在非荧光成像中,基于干涉的定量相位显微(quantitative phase imaging,QPI)能够对透明生物细胞进行无标记成像并对细胞的各项指标进行分析。衍射相位显微术(diffraction phasemicroscopy,DPM)结合了共路干涉和实时拍摄,能在保持稳定结构和成像精度的同时实现较快成像速度。但DPM中的滤波针孔需要高精度调节和长时间维护,增加了系统的复杂度。针对这个问题本文提出了用扭曲向列型液晶显示器(twisted nematic-liquid crystal device,TN-LCD)替代物理针孔的方法,结合控制软件实现了针孔自动校准。同时,本文提出了一种基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)的定量相位显微方法,在保证实时成像的基础上还为相位成像中分辨率的提高提供了可行性思路。在荧光成像中,很多技术都对成像分辨率的提高做出了极大贡献,如受激辐射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微术、随机光学重建显微术(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM)等等。虽然这些技术都使得分辨率有了大幅度的提高,但是所使用的光学系统的复杂度或对荧光染料的高要求使得它们无法被广泛应用。因此本文提出了一种基于偏振调制稀疏重建的超分辨显微方法,并在共聚焦显微镜和全内反射荧光(total interna reflection fluorescence,TIRF)显微镜上都实现了三维的超分辨。该方法只需要在现有的光学系统上加入一个偏振调制模块,简单易操作,可以与更多的显微方法进行结合,具有很强的应用前景。
【图文】：

装置图,装置图,模块,干涉特性

Ｆｏｕｒｉｅｒ相位显微的共路干涉特性和Ｈｉｌｂｅｒｔ相位显微的实时拍摄的特性，使它在逡逑有着稳定干涉结构的同时还能实现对样品相位信息的实时观测［１Ｇ］。在一个常规逡逑显微镜的基础上实现ＤＰＭ只需要增加一个模块，其装置如图１．１所示。首先在逡逑２逡逑

示意图,示意图,衍射光强,显微物镜

２．１衍射相位显微术的原理逡逑ＤＰＭ的光源可以是激光光源，也可以是ＬＥＤ和白光光源，本论文先以激光逡逑光源的光学系统图为例说明其工作原理，如图２．１所示。首先激光光源被准直镜逡逑（ＣＬ）准直耦合入单模光纤（ＳＭＦ），再通过聚光镜（Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）变为平行光出逡逑射，保证入射光的空间相干度。透镜姐Ｌ１和Ｌ２共焦面，用于将入射光斑的大逡逑小调整到与显微物镜（Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）的入瞳大小相匹配。在与祥品（Ｓａｍｐｌｅ）作用逡逑之后，入射光通过显微物镜和管镜（ＴｕｂｅＬｅｎｓ）成像在显微镜的输出平面上。逡逑ＳＭＦ逡逑｜逦｜］邋｜邋Ａ逦１ｓｔ邋ｏｒｄｅｒ逡逑广＾Ｈｅ－Ｎｅ邋Ｌａｓｅｒ逡逑Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒｉｍｔ逦ｒｉ逦＾逦，逡逑ＬＬ逦Ｏｔｈ邋ｏｒｄｅｒ逡逑Ｌ１邋ｆ邋■■逡逑１２邋＜ｍ逦／逡逑ＳａｍＰ，ｅｔ邋ｎ逦Ａ逦Ｉ逦Ａ逦ｎ逡逑Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ＾邋＾逦＾逡逑ｆ逡逑Ｔｕｂｅ邋０逦Ｖ逦Ｉ逦Ｖ逦ＬＩ逡逑Ｌｅｎｓ邋Ｇｒａｔｉｎｇ逦Ｌ３逦Ｆｉｌｔｅｒ逦Ｌ４逦ＣＣＤ逡逑图２．１邋ＤＰＭ光学系统装置示意图。逡逑显微镜的输出面即成像面上放置了邋一个闪耀光栅（Ｇｒａｔｉｎｇ），产生了许多衍逡逑射级次的样品像，其中丨级衍射光强最强，，0级衍射光强次之。将光栅面作为起逡逑始
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH74

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