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2021.12.01

【安徽日报】中科大研制出新光学元件拓展成像质量

本(ben)报讯(xun)(记者(zhe) 陈婉婉)记者(zhe)11月26日(ri)从(cong)中(zhong)国(guo)科学(xue)技术大(da)学(xue)获悉,该校张斗国(guo)教授研(yan)究组研(yan)制出一(yi)种基于光(guang)学(xue)薄膜(mo)的(de)平面(mian)型显(xian)(xian)微(wei)成像元件,用(yong)作被测样本(ben)的(de)载玻片,可(ke)在常规的(de)明场(chang)光(guang)学(xue)显(xian)(xian)微(wei)镜上实现暗场(chang)显(xian)(xian)微(wei)成像和全内反射成像,获取高(gao)对比度的(de)光(guang)学(xue)显(xian)(xian)微(wei)图像。相关(guan)研(yan)究成果日(ri)前(qian)发(fa)表(biao)于《自(zi)然·通讯(xun)》。

光(guang)(guang)(guang)学显(xian)微(wei)镜(jing)(jing)(jing)是(shi)利(li)用(yong)光(guang)(guang)(guang)学原理,把人眼不(bu)能分(fen)辨的(de)微(wei)小(xiao)物(wu)体(ti)(ti)放大成(cheng)(cheng)像(xiang)。常规的(de)光(guang)(guang)(guang)学显(xian)微(wei)镜(jing)(jing)(jing)是(shi)明(ming)(ming)场显(xian)微(wei)镜(jing)(jing)(jing),它利(li)用(yong)光(guang)(guang)(guang)线(xian)照明(ming)(ming),样(yang)(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)中(zhong)(zhong)各点(dian)依(yi)其光(guang)(guang)(guang)吸收(shou)的(de)不(bu)同在(zai)(zai)明(ming)(ming)亮(liang)的(de)背景(jing)中(zhong)(zhong)成(cheng)(cheng)像(xiang)。但对于(yu)一(yi)(yi)些未经染(ran)色处理的(de)生物(wu)标本(ben)(ben)(ben)或者(zhe)其他(ta)透明(ming)(ming)样(yang)(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben),由于(yu)对光(guang)(guang)(guang)线(xian)的(de)吸收(shou)很少(shao),因而(er)对比度(du)差(cha),难以观(guan)测。暗(an)场显(xian)微(wei)镜(jing)(jing)(jing)、全(quan)内(nei)反射(she)(she)(she)(she)(she)(she)显(xian)微(wei)镜(jing)(jing)(jing)的(de)问(wen)世(shi),则解决了这一(yi)(yi)难题。暗(an)场显(xian)微(wei)镜(jing)(jing)(jing)只允许被(bei)测样(yang)(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)反射(she)(she)(she)(she)(she)(she)和衍(yan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)的(de)光(guang)(guang)(guang)线(xian)进入(ru)物(wu)镜(jing)(jing)(jing),照明(ming)(ming)光(guang)(guang)(guang)线(xian)不(bu)直接进入(ru)成(cheng)(cheng)像(xiang)物(wu)镜(jing)(jing)(jing)。有样(yang)(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)时,样(yang)(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)的(de)衍(yan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)与(yu)散射(she)(she)(she)(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)等在(zai)(zai)暗(an)的(de)背景(jing)中(zhong)(zhong)明(ming)(ming)亮(liang)可(ke)见,成(cheng)(cheng)像(xiang)对比度(du)远高(gao)(gao)于(yu)明(ming)(ming)场光(guang)(guang)(guang)学显(xian)微(wei)镜(jing)(jing)(jing)。全(quan)内(nei)反射(she)(she)(she)(she)(she)(she)显(xian)微(wei)镜(jing)(jing)(jing)是(shi)利(li)用(yong)光(guang)(guang)(guang)线(xian)全(quan)反射(she)(she)(she)(she)(she)(she)后在(zai)(zai)介质(zhi)另一(yi)(yi)面产生表(biao)面波(bo)来照明(ming)(ming)样(yang)(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben),有样(yang)(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)时,表(biao)面波(bo)会被(bei)散射(she)(she)(she)(she)(she)(she)或衍(yan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)到远场,从而(er)在(zai)(zai)暗(an)背景(jing)下形成(cheng)(cheng)物(wu)体(ti)(ti)的(de)明(ming)(ming)亮(liang)像(xiang),并可(ke)提高(gao)(gao)成(cheng)(cheng)像(xiang)对比度(du)。

但暗场(chang)(chang)显(xian)微镜(jing)(jing)、全内反射(she)(she)显(xian)微镜(jing)(jing)需(xu)要复(fu)(fu)杂的(de)(de)光学元件(jian),这些元件(jian)体积(ji)较大(da),不易集成,操作复(fu)(fu)杂,成像效果严格(ge)依赖于(yu)光路的(de)(de)精确调(diao)节。该(gai)研究组通过巧妙的(de)(de)设计,研制出一种(zhong)基于(yu)光学薄(bo)膜的(de)(de)平面型显(xian)微成像元件(jian),该(gai)元件(jian)在常规明场(chang)(chang)显(xian)微镜(jing)(jing)上,可同(tong)时实(shi)现暗场(chang)(chang)显(xian)微成像和全内反射(she)(she)成像。相对于(yu)明场(chang)(chang)光学显(xian)微镜(jing)(jing)像,其成像对比度有大(da)幅度提升。

这一元件结构(gou)(gou)简单(dan),成(cheng)本(ben)较低,操作(zuo)便利,易于(yu)集成(cheng),不仅适(shi)用(yong)于(yu)空气中的样(yang)本(ben),也适(shi)用(yong)于(yu)液体环境中生物活细(xi)胞的成(cheng)像(xiang)(xiang)。实验结果表(biao)明,无需改变现(xian)有显(xian)微(wei)镜(jing)的主体光路架构(gou)(gou),通(tong)过设计(ji)、制(zhi)作(zuo)合适(shi)的显(xian)微(wei)镜(jing)载玻片,就可以(yi)有效提(ti)升其成(cheng)像(xiang)(xiang)对比度,拓展其成(cheng)像(xiang)(xiang)功能。


《安徽日报》(2021年(nian)12月01日


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