[發明專利]基于微結構的移頻超分辨顯微成像方法和裝置有效

申請號：	201310278646.1	申請日：	2013-07-02
公開（公告）號：	CN103353675A	公開（公告）日：	2013-10-16
發明（設計）人：	劉旭;郝翔;匡翠方;李海峰	申請（專利權）人：	浙江大學
主分類號：	G02B27/58	分類號：	G02B27/58;G02B21/06
代理公司：	杭州天勤知識產權代理有限公司 33224	代理人：	胡紅娟
地址：	310027 浙***	國省代碼：	浙江;33
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	基于微結構移頻超分辨顯微成像方法裝置
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

技術領域

本發明屬于微觀觀測測量領域，具體涉及一種基于微結構的移頻超分辨顯微成像方法和裝置。

背景技術

納米技術與生物技術是21世紀發展最迅速和熱門的科學領域。納米技術應用廣泛，包括1～100nm尺度內的成像、測量、加工、操縱等。許多重要的生物體比如葡萄糖、抗體、病毒等都處于這個尺度范圍內，研究這些微小物體的需求推動了高分辨率顯微成像技術的發展。反過來，超分辨顯微術的發展也推動了整個生命科學的進步。相比其他的顯微技術，光學顯微技術的一大優勢是可以對處于自然狀態的活細胞進行研究。

自世界上第一臺光學顯微鏡問世以來，提高光學顯微成像系統的分辨能力及測量范圍一直是眾多科學家致力研究的重要科學問題，特別是近年來，隨著物理學、生物醫學、微電子學和材料學等學科的迅速發展，對這一問題的研究變得尤為迫切，主要體現在：物理學的發展要求人們能觀測到微觀世界中原子的大小；分子生物學的發展要求人們能觀測到活體細胞這種高散射物質內小到納米尺度的單分子；微電子技術的發展要求人們能檢測到超大規模集成電路中窄到數十納米的線寬尺寸；納米新材料的出現要求人們能觀測到納米尺度大小的納米顆粒等，這些現代科學的新進展，更加促使人們不斷地去探索高分辨顯微成像的新方法和新技術。

由于衍射極限的存在，傳統的寬場光學顯微鏡橫向和縱向的分辨率分別僅約為230nm和1000nm。二十世紀三十年代發展起來的電子顯微成像技術及八十年代初崛起的各類非光學的探針掃描顯微成像技術具有納米甚至更高的分辨能力，但它們在不同程度上存在著系統結構復雜、成像檢測環境要求苛刻及樣品處理繁瑣等困難，特別是不能獲得樣品重要的光學信息（如反射率、折射率、偏振態及光譜等信息），因而無法完全取代光學顯微成像的地位。

隨著現代激光技術、計算機技術、精密機械及電子技術的迅猛發展，超分辨的光學顯微成像技術（Super-resolution?Optical?Microscopy,SROM）應運而生。根據原理不同，現有技術可以分為兩大類：一類是以固體浸沒透鏡（Solid?Immersion?Lens，SIL）技術為代表的近場顯微技術；另一類則是以激發抵制損耗顯微鏡（Stimulated?Emission?Depletion，STED）為代表的熒光顯微技術。然后，兩種現有技術都存在著一定的缺陷：前者雖然使用寬場照明，但很難將其分辨率壓縮在100nm以下；后者則是基于熒光顯微技術，無法使用于非熒光樣品上，因此使用范圍受到限制。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明基于微結構對于光場波矢的調制作用，提供了一種實現遠場超分辨的方法，通過移頻算法實現了超分辨顯微圖像獲取。

一種基于微結構的移頻超分辨顯微成像方法，包括以下幾個步驟：

1）將入射照明光垂直照射在微結構上產生表面波；

2）使用表面波對樣品表面進行照明，并通過顯微鏡從遠場接收強度圖像；

3）對所述的強度圖像進行傅里葉變換得到相應頻譜，使用移頻算法對所得到的頻譜進行還原，并得到相應的頻譜還原圖像；

4）改變表面波導入樣品的方向，直至覆蓋0～360°，每次均重復步驟2）和步驟3），得到不同方向下的頻譜還原圖像；

5）對不同方向下的頻譜還原圖像進行疊加，得到完整的高頻頻譜圖像；

6）對所述的完整高頻頻譜圖像進行傅里葉反變換，得到觀察樣品的超分辨顯微圖像。

所述的入射照明光為具有相同偏振方向、且波長在380～780nm范圍內的可見單色線偏振光。

所述的微結構是指具有亞波長空間周期的微結構陣列，如光柵，或點陣等具有多方向頻率覆蓋的二維圖形微結構等，優選為光柵。周期性分布的結構的微結構可以使表面波的特定傳導模式可以被選擇性增強，從而使得產生的表面波具有限定的傳輸方向和光波矢大小。

在步驟4）中，表面波導入樣品的方向改變次數由下式決定：