物理學院王健副教授在新型生物光學顯微成像技術方向取得重要研究...

2021-01-10 哈爾濱工業大學新聞網

哈工大報訊(物理/文)7月13日,我校物理學院王健副教授在最新一期國際光學權威期刊《Optica》上以「Airy-beam Tomographic Microscopy(艾裡光束層析成像顯微鏡)」為題發表最新研究成果,提出一種基於艾裡光場的新型無掃描、高分辨、三維顯微成像技術ATM,並成功應用於生物細胞成像。《Optica》是美國光學學會(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製後可以產生具有無衍射、自修復、自加速特性的艾裡光束。光束的無衍射特性有助於提升光學成像的解析度;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於二維投影圖像重建的三維顯微成像方法ATM(見圖1),僅通過改變調製器上的圖案,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

ATM成像過程包括艾裡光束的傳播調控、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解析度的影響。粒子成像實驗表明,在40倍物鏡下該技術的橫向解析度為400-700nm,深度解析度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),相比於傳統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。結合艾裡光束三維重建成像算法,ATM橫向解析度接近光學衍射極限,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高寬圖。

    文章連結:https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-7-7-790

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