結(jié)構(gòu)光照明超分辨微分干涉相襯顯微成像技術(shù).pdf

1、微分干涉相襯(Differentialinterferencecontrast,DIC)顯微鏡,是60年前發(fā)展起來的用于觀察未染色透明的生物樣品(相位樣品)。目前,其已經(jīng)成為使用最廣泛的顯微成像技術(shù)中的一種技術(shù),且在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。DIC成像技術(shù)是將樣品中相位梯度的變化轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度變化,并且由兩束橫向上有略微距離(幾百納米)的光干涉產(chǎn)生相位的一階導(dǎo)數(shù)信息。對比于熒光顯微成像技術(shù),DIC顯微鏡具有非侵入性和無需樣品標(biāo)記或染色

2、的優(yōu)點(diǎn),可以允許人們觀察沒有處理過的“天然”的樣品,在實(shí)際應(yīng)用中很有意義。而對比于相襯顯微鏡,DIC顯微鏡具有以下優(yōu)點(diǎn):高空間分辨率;無光暈偽像;光學(xué)層析能力。然而,作為一種遠(yuǎn)場光學(xué)顯微鏡,DIC顯微鏡的空間分辨率受到了光學(xué)成像中衍射法則的限制,這使得許多小于衍射極限的生物結(jié)構(gòu)在DIC成像中不可分辨。因此,為了觀察更加精細(xì)的結(jié)構(gòu)并且理解它們的功能,提高DIC成像的空間分辨率(打破分辨率衍射極限)顯得極為重要。
　　我們提出了一種打

3、破分辨率衍射極限的DIC成像技術(shù),稱之為結(jié)構(gòu)光照明DIC(structuredilluminationDIC,SI-DIC)顯微鏡。此技術(shù)的物理思想是將結(jié)構(gòu)光照明的觀念應(yīng)用于傳統(tǒng)的DIC顯微鏡來擴(kuò)寬DIC成像系統(tǒng)的相干傳遞函數(shù)(coherenttransferfunction,CTF)的帶寬,從而使重構(gòu)得到的DIC圖像的分辨率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)DIC顯微鏡的成像分辨率。接著,我們進(jìn)一步發(fā)展了結(jié)構(gòu)光照明超分辨DIC成像技術(shù),提出了基于空間光調(diào)制

4、器DIC的結(jié)構(gòu)光照明成像技術(shù)。此技術(shù)在實(shí)現(xiàn)超分辨DIC成像的同時,具有結(jié)構(gòu)相對簡單且DIC的重要參數(shù)(剪切方向、大小及基延遲)很容易變換的優(yōu)點(diǎn)。
　　本文取得的主要創(chuàng)新研究結(jié)果如下:
　　(1)提出了結(jié)構(gòu)光照明DIC超分辨顯微成像技術(shù)。發(fā)展了結(jié)構(gòu)光照明DIC成像理論,并通過計(jì)算機(jī)仿真的方法,驗(yàn)證了提出的結(jié)構(gòu)光照明DIC成像理論。設(shè)計(jì)并建立了結(jié)構(gòu)光照明DIC超分辨顯微成像系統(tǒng)。使用數(shù)值孔徑為0.8的聚光鏡與物鏡,以53nm聚苯

5、乙烯小球樣品,測量系統(tǒng)成像分辨率,獲得了190nm的成像分辨率,打破了傳統(tǒng)DIC成像分辨率衍射極限(380nm)。較傳統(tǒng)DIC成像,結(jié)構(gòu)光照明DIC成像的分辨率提高了兩倍。并使用結(jié)構(gòu)光照明DIC成像系統(tǒng)觀察了生物樣品(人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞),同樣獲得了超分辨的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,展示了此技術(shù)在生物學(xué)方面的應(yīng)用。
　　(2)提出了基于空間光調(diào)制器DIC的結(jié)構(gòu)光照明成像技術(shù)。研究了基于空間光調(diào)制器的DIC成像原理,建立了基于空間光調(diào)制器DIC的結(jié)構(gòu)