蘇州醫(yī)工所圖像掃描顯微成像技術(shù)研究工作獲重大進(jìn)展

  共聚焦顯微鏡中，其分辨率與信噪比相互矛盾，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率和高信噪比，而近幾年出現(xiàn)的基于共聚焦顯微成像的圖像掃描顯微成像技術(shù)，能夠解決這一難題。近期，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所研究人員成功提高了現(xiàn)有圖像掃描顯微成像技術(shù)的分辨率，獲得了高信噪比且更高分辨率的圖像，目前這一成果已經(jīng)在Optics Communications上發(fā)表。
 激光掃描共聚焦顯微鏡(Laser Scanning Confocal Microscopy，LSCM)是研究亞微米細(xì)微結(jié)構(gòu)的有效手段，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、材料檢測等領(lǐng)域，是從事生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)研究的科技工作者必備的研究工具。然而，在共聚焦顯微鏡中，其分辨率與信噪比相互矛盾，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率和高信噪比。近年來出現(xiàn)的基于共聚焦顯微成像的圖像掃描顯微成像技術(shù)解決了這一問題，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高信噪比、高分辨率成像。由于顯微成像的分辨率與入射光偏振態(tài)有關(guān)，因此對(duì)入射光的偏振調(diào)制仍可以進(jìn)一步提高圖像掃描顯微技術(shù)的分辨率。
  近期，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所張運(yùn)海課題組的肖昀等研究人員，對(duì)入射光進(jìn)行偏振調(diào)制，得到尺寸較小的徑向偏振光縱向分量的聚焦光斑，成功提高了現(xiàn)有圖像掃描顯微成像技術(shù)的分辨率，獲得了高信噪比且更高分辨率的圖像。該技術(shù)利用徑向偏振光的縱向分量具有緊湊型光斑的特性，獲得了較小的照明光斑，并進(jìn)行圖像掃描顯微成像，與普通圖像掃描成像相比，其分辨率提高了7%。
  研究結(jié)果表明，徑向偏振光的圖像掃描成像的分辨率優(yōu)于圓偏振光，其分辨率是1AU針孔下共聚焦成像的1.54倍，同時(shí)徑向偏振光縱向分量的圖像掃描成像信號(hào)強(qiáng)度是1AU針孔下共聚焦成像的1.54倍，優(yōu)于圓偏振光的圖像掃描成像。在高分辨顯微成像中，當(dāng)背景噪聲不變時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度越強(qiáng)，信噪比越好。尤其是在探測微弱的熒光信號(hào)時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度增加，信噪比改善比較明顯。該研究結(jié)果有助于徑向偏振光在圖像掃描顯微成像中的應(yīng)用。
  以上成果已經(jīng)在Optics Communications上發(fā)表。該工作得到了國家重大科研裝備研制項(xiàng)目(超分辨顯微光學(xué)關(guān)鍵部件及系統(tǒng))、江蘇省六大人才高峰資助項(xiàng)目、江蘇省自然科學(xué)青年基金以及蘇州應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
  圖1. 25個(gè)點(diǎn)陣列圖案成像，(a)為25個(gè)方形點(diǎn)的陣列圖案，每個(gè)點(diǎn)的邊長為0.06λ，相鄰點(diǎn)的間距為0.46λ，(b)、(c)、(d)分別為陣列圖案經(jīng)過1AU針孔下傳統(tǒng)共聚焦顯微系統(tǒng)、圓偏振光與徑向偏振光縱向分量圖像掃描成像生成的圖像，(e)為(b)、(c)、(d)中綠線位置的光強(qiáng)分布。
  圖2.(a)1AU針孔下傳統(tǒng)共聚焦成像(黑色曲線)、0.2AU針孔下傳統(tǒng)共聚焦成像(綠色曲線)、1AU針孔下圓偏振光(藍(lán)色曲線)和徑向偏振光縱向分量(紅色曲線)分別經(jīng)過圖像掃描成像的PSF橫向強(qiáng)度曲線，(b)為(a)中PSF所對(duì)應(yīng)的OTF，(c)中黑色曲線、綠色曲線、紅色曲線分別為1AU針孔下傳統(tǒng)共聚焦成像、0.2AU針孔下傳統(tǒng)共聚焦成像、1AU針孔下徑向偏振光縱向分量圖像掃描成像的PSF橫向強(qiáng)度曲線。
  編輯點(diǎn)評(píng)
  共聚焦顯微鏡是從事生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)研究工作者必備的研究工具，在生物醫(yī)學(xué)、材料檢測等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，中科學(xué)研究人員成功解決了其分辨率和信噪比的矛盾，有助于徑向偏振光在圖像掃描顯微成像中的應(yīng)用，對(duì)日后科技工作者開展相關(guān)領(lǐng)域的研究工作也提供了很大幫助。