[發明專利]一種用于活細胞成像的高分辨率全息顯微鏡及方法

有效

• 申請號: 201910773602.3
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110455799B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 趙跇坤;王作斌;布萊斯;曹亮;董莉彤;王璐;曲英敏
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/45;G02B21/00;G02B21/06;G02B21/36;G03H1/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明公開了一種用于活細胞成像的高分辨率全息顯微鏡及方法，屬于全息顯微成像技術領域。在全息光路中，次級點光源經過活細胞樣品時發生衍射的物光和未發生衍射的參考光產生干涉，形成同軸全息圖，圖像經高倍顯微物鏡放大后由CCD相機接收并存儲于計算機中，利用計算機數值重建得到再現圖像。本發明使用低倍顯微物鏡將平行光源轉化為次級點光源結合記錄過程中物光、參考光同向，充分利用了CCD相機的有限空間帶寬，大大提高了全息顯微鏡系統的分辨率，使用三維微米級位移平臺精確調節顯微分辨率并且通過縮短記錄距離接收到更多干涉外圈條紋，其中包括對重建圖像起關鍵作用的樣本高頻信息，結合CCD相機前的高倍顯微物鏡，能夠對活細胞樣品實現非接觸、無損傷、快速、定量的高分辨率全息顯微成像。

技術領域

本發明涉及全息顯微成像技術領域，特別涉及一種用于活細胞成像的高分辨全息顯微鏡及方法。

背景技術

傳統的光學顯微鏡在測量樣品時，由于探測器只能記錄物光波的強度信息，所以只能獲得物體的二維形貌。電子顯微鏡和掃描探針顯微鏡由于在測量前需要對被測樣品進行預處理，掃描過程需要一定的時間，因此無法對樣品進行非接觸、無損傷、快速、實時測量。近些年來發展的數字全息顯微成像技術，對生物樣品成像具有非接觸、無損傷、快速、實時、定量等獨特優勢，克服了傳統顯微成像技術應用在日益發展的生物醫學領域中存在的局限性。

同軸全息顯微術利用光源經過物體時發生衍射的物光和未衍射的參考光相干疊加形成全息圖，并由CCD相機對全息圖進行數字記錄，由于全息圖記錄了物光波前的振幅和相位信息，因此利用計算機進行數值重建可以準確還原出物體的振幅和三維相位信息，從而定量獲取被測物體的三維形貌。由于它不需要對被測樣品進行特殊預處理，所以被廣泛應用于生物樣品尤其是活細胞樣品的測量和可視化觀測。

一般同軸全息顯微鏡系統主要包括激光器、針孔或者顯微物鏡、CCD相機。激光器發出的相干光源通過針孔或者顯微物鏡使平行光源聚焦成次級點光源，充分利用了CCD的有限空間帶寬，提高了系統分辨率，次級點光源經過活細胞樣品時，一部分發生衍射的光稱為物光，另一部分未衍射的光稱為參考光，兩部分光束發生干涉形成全息圖，通過調節記錄距離或者加入高倍顯微物鏡對全息圖放大，放大后的圖像被CCD相機接收并存儲于計算機，利用計算機進行數值重建。

同樣被廣泛使用的離軸數字全息顯微鏡，系統光路具有結構復雜、光源相干性要求高、后端光學元件多、不易調節等缺點；且其物光、參考光分離，提高了干涉條紋密度，沒有充分利用CCD相機的有限空間帶寬^[1-2]，因此系統分辨率也很難得到進一步提高；而且光路中樣本與記錄面間的距離很難靠得很近，不利于記錄樣本的高頻信息。同類型的同軸全息顯微鏡在成像分辨率方面可以達到十幾微米到一微米的分辨率^[3-5]，而本系統經過USAF1951和周期為0.5um的光柵結構測試分析得到本發明可以達到低于0.5um的橫向分辨率，更有利于觀察活細胞樣品的生物特征。

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[2]Girshovitz P,Shaked N T.Compact and portable low-coherenceinterferometer with off-axis geometry for quantitative phase microscopy andnanoscopy[J].Optics express,2013,21(5):5701-5714.

[3]Shiraki A,Taniguchi Y,Shimobaba T,et al.Handheld and low-costdigital holographic microscopy[J].Physics,2012.