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2021.12.01

【中国科学报】新元件同时实现暗场显微成像和全内反射成像

本报讯 中国科学技术大学教授张斗国研究组研制出一种基于光学薄膜的平面型显微成像元件,用作被测样本的载玻片,可在常规的明场光学显微镜上实现暗场显微成像和全内反射成像,获取高对比度的光学显微图像。相关成果日前发表于《自然—通讯》。

常规(gui)的光(guang)学显微镜是(shi)明场显微镜,利用光(guang)线照明,样(yang)本中各(ge)点依其光(guang)吸(xi)收的不(bu)同在明亮(liang)的背(bei)景中成像。但对于一些未经染(ran)色处理的生物标本或者其他透明样(yang)本,由于对光(guang)线的吸(xi)收很少,因而对比(bi)度差,难以观(guan)测。暗场显微镜、全内反射显微镜的问世(shi),则解决(jue)了这一难题。

暗(an)场(chang)(chang)显(xian)微镜(jing)(jing)只允许被测样(yang)(yang)本(ben)反(fan)射(she)(she)(she)和衍(yan)射(she)(she)(she)的光线进入物(wu)镜(jing)(jing),照(zhao)明(ming)光线不直接进入成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)物(wu)镜(jing)(jing)。有(you)样(yang)(yang)本(ben)时,样(yang)(yang)本(ben)的衍(yan)射(she)(she)(she)光与散射(she)(she)(she)光等在暗(an)背(bei)景中明(ming)亮可见,成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)对(dui)比度远高于明(ming)场(chang)(chang)光学显(xian)微镜(jing)(jing)。全(quan)内(nei)反(fan)射(she)(she)(she)显(xian)微镜(jing)(jing)是(shi)利用光线全(quan)反(fan)射(she)(she)(she)后在介质(zhi)另一面产生表(biao)面波(bo)来照(zhao)明(ming)样(yang)(yang)本(ben),有(you)样(yang)(yang)本(ben)时,表(biao)面波(bo)会被散射(she)(she)(she)或(huo)衍(yan)射(she)(she)(she)到远场(chang)(chang),从而(er)在暗(an)背(bei)景下形成(cheng)(cheng)(cheng)物(wu)体的明(ming)亮像(xiang),并可提高成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)对(dui)比度。但(dan)暗(an)场(chang)(chang)显(xian)微镜(jing)(jing)、全(quan)内(nei)反(fan)射(she)(she)(she)显(xian)微镜(jing)(jing)需要复杂的光学元(yuan)件,这些(xie)元(yuan)件体积较大、不易集成(cheng)(cheng)(cheng)、操作复杂,成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)效(xiao)果严格依(yi)赖于光路的精确(que)调节。

该研究组研制出一种基于光学薄膜的平面型显微(wei)成(cheng)(cheng)像元件(jian)(jian),该元件(jian)(jian)在常(chang)规(gui)明场显微(wei)镜上,可同时实(shi)现暗场显微(wei)成(cheng)(cheng)像和全内反(fan)射成(cheng)(cheng)像。相(xiang)对(dui)(dui)于明场光学显微(wei)镜像,其成(cheng)(cheng)像对(dui)(dui)比度(du)(du)有大幅(fu)度(du)(du)提升。

这一元件结构简单、成本较低、操作便利、易于集成,不仅适用于空气中的样本,也适用于液体环境中生物活细胞的成像。实验结果表明,无需改变现有显微镜的主体光路架构,通过设计、制作合适的显微镜载玻片,就可以有效提升其成像对比度,拓展其成像功能。(桂运安)

相关论文信息:

http://doi.org/10.1038/s41467-021-27231-6

《中国科(ke)学(xue)报》 (2020-11-30 第4版 综(zong)合)

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