上海光機(jī)所在超分辨散射成像和定位研究獲進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉紅林副研究員課題組在散射定位和成像研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Imaging and positioning through scattering media with double helix point spread function engineering”為題發(fā)表于Journal of Biomedical Optics期刊上。

散射現(xiàn)象對(duì)依靠彈道光傳遞信息的傳統(tǒng)成像技術(shù)造成了極大的阻礙。很多領(lǐng)域?qū)ν高^(guò)散射介質(zhì)實(shí)現(xiàn)高分辨成像都有迫切的需求，這促使大量的資源投入到相關(guān)研究中，也促進(jìn)了散射成像技術(shù)的發(fā)展。目前，主流散射成像技術(shù)僅能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的二維成像和相對(duì)位置信息的獲取，難以三維定位和成像。雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（DH-PSF）可用于超分辨顯微成像，并實(shí)現(xiàn)三維定位，但應(yīng)用場(chǎng)景通常是無(wú)散射或弱散射環(huán)境。迄今為止，尚未有其在散射環(huán)境中成像和定位的相關(guān)報(bào)道。

本研究工作系統(tǒng)分析了雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在散射環(huán)境下的定位能力，搭建了含有DH-PSF調(diào)制模塊的顯微實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并選用雞蛋殼膜和洋蔥表皮組織作為散射介質(zhì)進(jìn)行演示驗(yàn)證。利用DH-PSF的特殊調(diào)制圖案，通過(guò)雙高斯擬合定位算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩種生物組織中熒光微球進(jìn)行超分辨成像和定位，定位精度達(dá)到十納米級(jí)別。將平臺(tái)掃描和焦點(diǎn)DH-PSF解卷積相結(jié)合可以起到光學(xué)切片的作用，不僅實(shí)現(xiàn)了熒光微球的超分辨成像，還實(shí)現(xiàn)了周?chē)⑸浣橘|(zhì)膜結(jié)構(gòu)的清晰成像。相比于傳統(tǒng)的顯微技術(shù)和DH-PSF超分辨顯微技術(shù)，改進(jìn)的DH-PSF 顯微可以對(duì)散射介質(zhì)中的目標(biāo)進(jìn)行超分辨成像和定位。

圖1.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

圖2.散射環(huán)境中DH-PSF調(diào)制的仿真

所提出的方法可為散射介質(zhì)中或通過(guò)散射介質(zhì)進(jìn)行更深入、更清晰的可視化提供了一種簡(jiǎn)單的解決方案，結(jié)合熒光染料、納米粒子、量子點(diǎn)以及其他熒光探針，散射介質(zhì)內(nèi)的原位超分辨率顯微成像將成為可能。

圖3.雞蛋殼膜下熒光微球的定位和成像結(jié)果

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1117/1.JBO.28.4.046008

審核編輯 ：李倩