[發明專利]衍射層析顯微成像系統及方法

在審

• 申請號: 202010500979.4
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN113758901A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 吳芹芹;黃偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/01
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發明公開了衍射層析顯微成像系統，包括：承載片，包括透明載片和反射膜，透明載片包括相對的第一表面和第二表面，第一表面用于承載樣品，反射膜設置于第二表面上；光路組件，用于產生參考光以及照射樣品的入射光，并對參考光、第一樣品光和第二樣品光進行合束；顯微鏡組件，用于使入射光通過而照射到樣品背向第一表面的前表面和第一表面上，并且使第一樣品光和第二樣品光通過；成像組件，用于采集合束后的參考光、第一樣品光和第二樣品光的干涉圖像。本發明還公開了采用了上述成像系統的衍射層析顯微成像方法。本發明解決了在衍射層析術中，入射光只能掃描到樣品朝向物鏡的一側表面，而無法掃描到樣品背向物鏡的一側表面的問題。

技術領域

本發明屬于顯微成像技術領域，具體地講，涉及一種采用光源進行層析成像的同時，無需旋轉樣品的情況下還能實現分辨率近各向同性的衍射層析顯微成像系統及方法。

背景技術

層析顯微成像技術是一種有效獲取微小樣品的斷層信息并實現樣品內部結構三維測量的技術手段。典型的層析顯微成像技術包括X射線計算機層析成像技術、激光掃描共聚焦顯微成像技術、衍射層析顯微成像技術等。這些成像技術已在醫學領域、微小光學器件檢測等領域中得到了廣泛的應用，從而大大推動了醫學檢測、微納加工等技術的發展。

衍射層析顯微成像技術是指：利用各種干涉技術獲取樣品各個角度的散射場分布，然后通過傅里葉衍射層析算法重建折射率三維分布。衍射層析顯微成像技術能夠對樣品進行實時、無擾、動態、定量地成像。在衍射層析顯微成像技術中，根據樣品的類型可以分為透射衍射層析顯微成像技術和反射衍射層析顯微成像技術。

在衍射層析顯微成像技術中，采用光源來進行層析成像，由于承載樣品的載玻片是透光的，因此原始光只能照射到樣品朝向物鏡(即背向載玻片)的表面上，而未照射到樣品上的原始光直接穿過載玻片，從而無法照射到樣品背向物鏡(即與載玻片接觸)的表面上。因此，單純的衍射層析顯微成像技術是無法獲得各向同性分辨率的折射率分布。為了解決這樣的問題，現有技術中通常采用的方法是掃描樣品的一側之后旋轉該樣品，以此能夠掃描樣品的另一側，從而能夠記錄大視角的散射場分布，以實現三維折射率圖中分辨率的近各向同性。但是，這種方法會使得Ewald頻域球中出現蘋果核形狀的頻譜缺失，即存在著“蘋果核頻譜缺失”問題，樣品的機械旋轉伴隨的寄生運動以及旋轉過程中樣品發生的變形會大大地降低圖像重建的精度。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

在本發明的一方面提供了一種衍射層析顯微成像系統，該系統包括：

承載片，包括透明載片和反射膜，所述透明載片包括相對的第一表面和第二表面，所述第一表面用于承載樣品，所述反射膜設置于所述第二表面上；

光路組件，用于產生參考光以及照射所述樣品的入射光，并對所述參考光、第一樣品光和第二樣品光進行合束；

顯微鏡組件，用于使所述入射光通過而照射到所述樣品背向所述第一表面的前表面和所述第一表面上，并且使第一樣品光和所述第二樣品光通過；

成像組件，用于采集合束后的所述參考光、所述第一樣品光和所述第二樣品光的干涉圖像；

其中，所述入射光照射到所述樣品的前表面時，所述入射光在所述樣品的前表面上進行反射和/或穿過所述樣品的前表面而生成所述第一樣品光；

所述入射光照射到所述第一表面，且在所述反射膜上進行反射而照射到所述樣品的背表面時，所述入射光在所述樣品的背表面上進行反射和/或穿過所述樣品的背表面而形成所述第二樣品光；

在所述樣品的前表面上進行反射而生成的所述第一樣品光和/或穿過所述樣品的背表面而生成的所述第二樣品光直接朝向所述顯微鏡組件；穿過所述樣品的前表面而生成的所述第一樣品光和/或在所述樣品的背表面上進行反射而生成的所述第二樣品光在所述反射膜上反射后直接朝向所述顯微鏡組件。

優選地，所述光路組件包括：