光學(xué)顯微成像及在生物樣品顯示與測量中的應(yīng)用.pdf

1、生命科學(xué)研究的突破在很大程度上依賴于各種先進(jìn)的分析測試系統(tǒng)，顯微成像系統(tǒng)是其中最常見和最重要的分析測試系統(tǒng)之一。傳統(tǒng)的顯微鏡已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足目前生命科學(xué)的要求，發(fā)展新的顯微成像分析技術(shù)，對細(xì)胞等微小生物樣品實現(xiàn)無創(chuàng)傷、定量、動態(tài)的顯微分析是目前生命科學(xué)研究的迫切需求。本文分別基于干涉和無透鏡全息原理，發(fā)展了兩種新型光學(xué)顯微技術(shù)，來實現(xiàn)對生物樣品的成像與測量，取得的主要研究成果有:
　　 在廣泛調(diào)研生物顯微技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計并研制了

2、一套離軸干涉顯微成像系統(tǒng)，以血紅細(xì)胞為樣品，實現(xiàn)了其光相位場的定量成像。干涉圖的處理選擇以傅里葉變換為基礎(chǔ)的相位提取技術(shù)和基于離散余弦變換的無加權(quán)最小二乘法的相位解包技術(shù)，得到的光相位場分布結(jié)果與文獻(xiàn)報道吻合。
　　 利用上述研制的干涉顯微系統(tǒng)，首次通過相位成像分析了金屬離子對細(xì)胞的影響，給出了細(xì)胞受影響后的定量相位分布，計算出相位面積和相位體積等參數(shù)，實現(xiàn)了對血紅細(xì)胞狀態(tài)的實時、定量的全程分析，并由此判定金屬離子對細(xì)胞的破壞趨

3、勢和程度。所得的定量分析結(jié)果與微分干涉差(DIC)顯微鏡的定性觀測一致。
　　 為了得到被測生物樣品更多的細(xì)節(jié)信息，進(jìn)一步研究了微離軸干涉模式，提出了將希爾伯特變換相位提取算法引入到微離軸單幅干涉圖的處理中，有效改善了波前恢復(fù)的高頻分量，使細(xì)胞輪廓更加清晰。通過直徑、面積、圓度和相位分布直方圖等參數(shù)評價基于微離軸干涉模式的希爾伯特定量相位成像系統(tǒng)的性能，結(jié)果表明該系統(tǒng)在靈敏度和邊緣輪廓提取等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，兼?zhèn)淇焖俨蓸雍投嗉?xì)

4、節(jié)成像能力。
　　 為了突破現(xiàn)有顯微成像技術(shù)視場的瓶頸，研究了無透鏡全息顯微成像術(shù)，其視場大小和記錄用數(shù)字傳感器的有效感光面積一樣。為保證大視場前提下的高分辨率，引入了亞像元高分辨率成像術(shù)，實現(xiàn)了單幅圖視場達(dá)18cm2的1.5G（等效）像素成像，半節(jié)距分辨率達(dá)2.19μm。
　　 大視場成像為跟蹤動態(tài)生物樣品的運動軌跡提供了便利，據(jù)此發(fā)展了雙光源無透鏡全息顯微成像系統(tǒng)，同時追蹤了成千上萬的精子的三維運動軌跡，揭示了部分精