一种超紧凑的多模元显微镜
发布时间：2024-03-29 21:00:05.000Z
多模显微镜的摄影图像。Credit: Advanced Devices & Instrumentation
在当今的信息社会中，成像系统的多功能性和小型化是非常重要的。显微成像技术在生物医学领域的科学研究和疾病诊断中一直是不可或缺的，并正朝着集成化、便携化、多功能化的方向发展。
光学显微镜技术通常包括明场成像、暗场成像和荧光成像，它们通常基于笨重的光学元件。特别是对于荧光显微镜和暗场显微镜，阻挡不需要的背景杂散光以确保高信噪比对成像性能至关重要。
导波照明的使用使得将两种成像技术结合在一起成为可能，但系统仍然体积庞大且复杂。一种很有前途的方法是使用超透镜，它由亚波长纳米结构组成，具有强大的调节光的振幅和相位的能力。虽然创新的超透镜已经被证明用于荧光显微镜，但超薄和扁平结构的优势尚未在小型化中显示出来。
来自南京大学的李涛教授和朱世宁团队报道了一种小型化的多模显微镜，通过引入导波照明，可以进行明场、暗场和荧光成像。通过方便地切换光源，三种成像模式可以在一个非常紧凑的显微镜(几厘米大小)内一起或单独工作。值得注意的是，所提出的导波照明模块不仅提供了低噪声成像模式，而且进一步减小了系统尺寸，非常有利于紧凑显微镜。
为此，设计并制作了成像放大倍数为3.5倍(工作波长为λ = 470 nm)的超透镜阵列，该阵列对应于荧光成像的发射波长。成像分辨率约为714 nm，确保亚细胞成像。此外，实验已经证明了微流控成像技术在进一步小型化微流控成像系统方面的潜在应用。
综上所述，研究人员提出并演示了一种基于导波照明的小型化多模元显微镜。在厘米尺度的原型内实现了三种成像模式，包括明场、暗场和荧光模式。
所提出的导波照明进一步节省了空间以满足这种紧凑性，它将暗场成像和荧光成像显著地结合在一起。特别设计了一种超透镜阵列，并结合CMOS图像传感器以放大模式(3.5倍)工作，其波长与发射波长相对应，为470 nm。
半间距分辨率约为714 nm，确保亚细胞成像分辨率。值得注意的是，这是第一个在超紧凑系统中实现多模式成像的元设备，有望实现细胞培养的实时可视化，并在未来的生物医学领域产生重大影响。
论文发表在《先进设备与仪器仪表》杂志上。
