结构光照明超分辨微分干涉相衬显微成像技术

发布时间：2018-04-10 23:22

本文选题：微分干涉相衬 + 超分辨　；参考：《华中科技大学》2013年博士论文

【摘要】：微分干涉相衬（Differential interference contrast, DIC）显微镜，是60年前发展起来的用于观察未染色透明的生物样品（相位样品）。目前，其已经成为使用最广泛的显微成像技术中的一种技术，且在生物医学研究领域具有广泛的应用。DIC成像技术是将样品中相位梯度的变化转化为强度变化，并且由两束横向上有略微距离（几百纳米）的光干涉产生相位的一阶导数信息。对比于荧光显微成像技术，DIC显微镜具有非侵入性和无需样品标记或染色的优点，可以允许人们观察没有处理过的天然的样品，在实际应用中很有意义。而对比于相衬显微镜，DIC显微镜具有以下优点：高空间分辨率；无光晕伪像；光学层析能力。然而，作为一种远场光学显微镜，DIC显微镜的空间分辨率受到了光学成像中衍射法则的限制，这使得许多小于衍射极限的生物结构在DIC成像中不可分辨。因此，为了观察更加精细的结构并且理解它们的功能，提高DIC成像的空间分辨率（打破分辨率衍射极限）显得极为重要。我们提出了一种打破分辨率衍射极限的DIC成像技术，称之为结构光照明DIC（structured illumination DIC, SI-DIC）显微镜。此技术的物理思想是将结构光照明的观念应用于传统的DIC显微镜来扩宽DIC成像系统的相干传递函数（coherent transferfunction, CTF）的带宽，从而使重构得到的DIC图像的分辨率明显优于传统DIC显微镜的成像分辨率。接着，我们进一步发展了结构光照明超分辨DIC成像技术，提出了基于空间光调制器DIC的结构光照明成像技术。此技术在实现超分辨DIC成像的同时，具有结构相对简单且DIC的重要参数（剪切方向、大小及基延迟）很容易变换的优点。本文取得的主要创新研究结果如下：（1）提出了结构光照明DIC超分辨显微成像技术。发展了结构光照明DIC成像理论，并通过计算机仿真的方法，验证了提出的结构光照明DIC成像理论。设计并建立了结构光照明DIC超分辨显微成像系统。使用数值孔径为0.8的聚光镜与物镜，以53nm聚苯乙烯小球样品，测量系统成像分辨率，获得了190nm的成像分辨率，打破了传统DIC成像分辨率衍射极限（380nm）。较传统DIC成像，结构光照明DIC成像的分辨率提高了两倍。并使用结构光照明DIC成像系统观察了生物样品（人脐静脉内皮细胞），同样获得了超分辨的实验结果，展示了此技术在生物学方面的应用。（2）提出了基于空间光调制器DIC的结构光照明成像技术。研究了基于空间光调制器的DIC成像原理，建立了基于空间光调制器DIC的结构光照明成像系统。由于空间光调制器的灵活性，应用此成像系统可以方便地获得各种DIC重要参数（剪切方向、大小及基延迟）的DIC成像结果。使用数值孔径为0.8的聚光镜与物镜，以53nm聚苯乙烯小球样品，测量基于空间光调制器DIC的结构光照明成像系统分辨率，获得了211nm的成像分辨率，同样打破了DIC成像分辨率极限。较基于空间光调制器的DIC成像（435nm），，基于空间光调制器的DIC结构光照明成像的分辨率提高了两倍。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R310

【共引文献】