南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)高集成超構(gòu)顯微鏡 實(shí)現(xiàn)基于色散超構(gòu)透鏡的定量相位成像
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的李濤教授與祝世寧院士的研究組近日在光學(xué)成像領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，成功研發(fā)出一種基于色散超構(gòu)透鏡的定量相位成像高集成超構(gòu)顯微鏡，實(shí)現(xiàn)了定量相位成像的無機(jī)械移動(dòng)變焦。
該研究成果以“Quantitative phase imaging with a compact meta-microscope”為題于2024年4月8日發(fā)表在《自然》雜志社新刊發(fā)的npj Nanophotonics上，標(biāo)志著小型化定量相位成像系統(tǒng)和新技術(shù)應(yīng)用的突破。
據(jù)了解，超構(gòu)表面是通過亞波長結(jié)構(gòu)單元的薄層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對光的振幅、相位和偏振的任意調(diào)控，是目前最具吸引力的平面光學(xué)器件。而超構(gòu)透鏡是其中極具潛力的功能器件。研究團(tuán)隊(duì)多年來致力于超構(gòu)透鏡的應(yīng)用研究，在這一領(lǐng)域取得了多項(xiàng)突破性的成果。例如2019年研究組就已實(shí)現(xiàn)超構(gòu)透鏡光譜層析成像。
本項(xiàng)研究基于光傳輸強(qiáng)度方程(TIE)技術(shù)，利用超構(gòu)透鏡自身色散的波長掃描獲得變焦，無需任何機(jī)械移動(dòng)即可采集高精度TIE相位成像，并在微透鏡陣列、透明生物樣本等樣品上驗(yàn)證了該顯微鏡的定量相位成像效果。
超構(gòu)透鏡作為超輕超薄元件，具有高衍射效率，能實(shí)現(xiàn)波長變焦和高精度TIE相位重建，如微透鏡陣列的定量相位成像。該顯微鏡利用超構(gòu)透鏡的波長掃描功能，采集多幅過焦點(diǎn)圖像，通過TIE技術(shù)重建出高精度相位信息，適用于透明生物樣本的成像，尤其在低光毒性、操作簡便的無標(biāo)記顯微成像領(lǐng)域有潛力。研究團(tuán)隊(duì)通過AFM測量和遠(yuǎn)場衍射驗(yàn)證了重建相位的準(zhǔn)確性，對Hela細(xì)胞和4T-1細(xì)胞的相位成像展示了應(yīng)用潛力。
該研究不僅簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮小了體積，實(shí)現(xiàn)無機(jī)械移動(dòng)的定量相位成像，提高系統(tǒng)便攜性，還展示了在生物細(xì)胞成像中的可行性，為小型化定量相位成像系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)的廣泛應(yīng)用打開了新途徑。
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