蘇州醫(yī)工所圖像掃描顯微成像技術研究工作獲重大進展

  共聚焦顯微鏡中，其分辨率與信噪比相互矛盾，不能同時實現高分辨率和高信噪比，而近幾年出現的基于共聚焦顯微成像的圖像掃描顯微成像技術，能夠解決這一難題。近期，中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所研究人員成功提高了現有圖像掃描顯微成像技術的分辨率，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)是研究亞微米細微結構的有效手段，廣泛應用于生物醫(yī)學、材料檢測等領域，是從事生物醫(yī)學和材料科學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，不能同時實現高分辨率和高信噪比。近年來出現的基于共聚焦顯微成像的圖像掃描顯微成像技術解決了這一問題，可以同時實現高信噪比、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，因此對入射光的偏振調制仍可以進一步提高圖像掃描顯微技術的分辨率。
  近期，中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所張運海課題組的肖昀等研究人員，對入射光進行偏振調制，得到尺寸較小的徑向偏振光縱向分量的聚焦光斑，成功提高了現有圖像掃描顯微成像技術的分辨率，獲得了高信噪比且更高分辨率的圖像。該技術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，同時徑向偏振光縱向分量的圖像掃描成像信號強度是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，當背景噪聲不變時，信號強度越強，信噪比越好。尤其是在探測微弱的熒光信號時，信號強度增加，信噪比改善比較明顯。該研究結果有助于徑向偏振光在圖像掃描顯微成像中的應用。
  以上成果已經在Optics Communications上發(fā)表。該工作得到了國家重大科研裝備研制項目(超分辨顯微光學關鍵部件及系統(tǒng))、江蘇省六大人才高峰資助項目、江蘇省自然科學青年基金以及蘇州應用基礎研究計劃項目的支持。
  圖1. 25個點陣列圖案成像，(a)為25個方形點的陣列圖案，每個點的邊長為0.06λ，相鄰點的間距為0.46λ，(b)、(c)、(d)分別為陣列圖案經過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(藍色曲線)和徑向偏振光縱向分量(紅色曲線)分別經過圖像掃描成像的PSF橫向強度曲線，(b)為(a)中PSF所對應的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橫向強度曲線。
  編輯點評
  共聚焦顯微鏡是從事生物醫(yī)學和材料科學研究工作者必備的研究工具，在生物醫(yī)學、材料檢測等領域發(fā)揮著重要作用，中科學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用，對日后科技工作者開展相關領域的研究工作也提供了很大幫助。