SPIE 未标记活细胞的亚细胞结构观察
信用:从DOI: 10
1117/1
美国联合通讯社(Associated Press)
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六
065002 显微镜是多个研究领域和行业的重要工具，如生物学、医学、材料科学和质量控制等
尽管存在许多显微技术，但每种技术都有优缺点，主要是在空间分辨率、速度(每秒图像数)和适用性方面
例如，扫描电子显微镜可以捕捉纳米分辨率的图像，但速度较低，对某些样品不实用
其他更简单的基于光的显微技术，例如荧光显微术，不适合于可视化活细胞或其他小结构，因为它们通常是透明和薄的，这导致低光吸收
科学家们开发了一种叫做合成孔径显微镜的技术，它利用了光的一种内在属性，称为相位
这个性质指的是两个电磁波之间的相对延迟
当光波通过目标样品时，根据样品中每个点的光学特性和光的入射角，光波的相对相位会发生不同的变化
在空间光调制器中，可以用不同的入射角快速连续地拍摄多相图像
这些图像然后被处理和组合形成一个更清晰的图片
尽管SAM无疑是一种有前途的方法，但目前的实现在空间分辨率和帧速率方面都不足以用于新兴应用
为了解决这些问题，由香港中文大学的周领导的研究小组最近开发了一种新的SAM方法
在他们发表在《高级光子学》上的研究中，该团队提出了一种基于数字微镜器件的SAM成像创新设置
HIST-SAPM中的空间谱合成过程
信用:SPIE 数字多用表是广泛用于商用数字投影仪的电子元件
它们有一个微镜矩阵，其方向可以单独和高速电子控制
使用两个数字微镜器件和适当的透镜，研究人员设计了一个方案，其中激光束到达样品的角度每秒可以改变数千次
一旦光穿过样本，它就与原始激光的一部分结合，产生一种称为干涉图的光图案，该光图案携带相位信息
为了产生最终的相位图像，使用专门设计的算法将不同入射角的多个干涉图进行组合
研究人员使用各种类型的样本测试了他们的新方法，如纳米光栅、红细胞和癌细胞
结果是非常有希望的，正如周所说，“使用我们的基于DMD的方法，我们可以精确地成像具有小至132纳米特征的材料结构，量化红细胞膜中毫秒级的波动，并观察细胞结构对暴露于化学物质的反应的动态变化
“这项技术也是无标记的，这意味着人们可以观察活细胞，而不会用荧光化学物质伤害它们
这种新方法的另一个显著优点是消除了激光散斑，激光散斑是用激光照射样品时产生的一种不想要的干扰
使用多个干涉图来计算一幅图像消除了每个干涉图中散斑的随机影响，使得最终的合成图像更加清晰
此外，只要达到期望的图像质量，就可以通过使用较少数量的干涉图来根据需要增加成像帧速率
周认为，他们的SAM方法可能会在显微技术至关重要的各个领域改变游戏规则，“我们预计，我们的高速成像技术将在生物学和材料研究中得到应用，例如研究活细胞的运动和相互作用，以及出于质量控制目的实时监控材料制造过程
“他还指出，通过使用更快的相机，在速度方面还有改进的空间，他们的方法的基本原理可以通过不同的算法来构建三维成像系统
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