超越衍射極限！中國科大提出一種無標記暗場成像新技術

中安在線、中安新聞客戶端訊　記者2月24日從中國科大獲悉，中國科學技術大學張鬥國教授課題組結合微納光學的光場調控技術和計算光學顯微成像技術，提出了一種基於光子晶體隨機散斑照明的超越衍射極限、無標記暗場成像新技術。該技術的提出將拓展暗場顯微鏡的潛在應用領域，並提供傳統暗場顯微技術所不能看到的樣品細節信息。2月20日，相關研究成果以直投的方式發表於美國《國家科學院院刊》。

課題組利用前端物理域的亞波長結構光子晶體光場調控特性，實現了大角度和全內反射表面波的隨機暗場散斑照明；有機結合後端數字域的信息處理技術，最終實現高對比度、高分辨率的無標記暗場和表面切片成像。該成像技術不需要複雜的光學系統對準和精準預知的照明模場，成像系統架構簡潔，平面型光子晶體器件體積小、易於集成，直接兼容傳統的明場顯微鏡。

該工作中，張鬥國課題組提出利用一維光子晶體和多模光纖波導等微納結構組成的平面型器件來實現隨機暗場散斑照明的功能。研究人員利用前焦面和後焦面成像系統對該平面器件生成的照明光場特性進行表徵分析，實驗結果與理論設計吻合。進一步，研究人員將所製備的平面型隨機暗場散斑照明器件用作傳統明場顯微鏡的載物平臺，無需對成像系統進行任何修改，就可以實現隨機暗場散斑照明顯微鏡的搭建。通過拍攝200幀不同散斑照明的樣品圖像，結合Blind-SIM重建算法，就可以重構出超分辨率圖像。實驗中利用波長633納米的光對直徑200納米的不同間距聚苯乙烯球進行成像。通過對比隨機暗場散斑照明顯微鏡、傳統暗場顯微鏡、明場顯微鏡以及電子顯微鏡的成像效果，驗證了隨機暗場散斑照明顯微鏡具有高對比度、高分辨率的暗場成像性能。

實驗結果表明，該方法將無標記暗場成像的空間分辨率提升了1.55倍，突破了該成像系統的阿貝衍射極限分辨率。同時，研究人員利用聚合物納米線驗證了該系統在切換工作波長後具有表面切片成像的能力。（記者　汪喬）