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中科大物理学院攻克表面波光学显微镜成像分辨率难题

2017-04-08 16:18:31  来源:仪器网原创 浏览量:10518次
【导读】显微镜已有300多年的发展史。自从有了显微镜,人类看到了微小生物和构成生物的基本单元—细胞。光学显微镜、电子显微镜,使我们对生物体的生命活动规律有了更进一步的认识。

  光学显微镜是利用光学原理,把人眼所不能分辨的微小物体放大成像,以供人们提取微细结构信息的光学仪器。表面波光学显微镜主要用于研究表面或界面处光与物质的相互作用、样品表面或界面处的行为特征。

  显微镜已有300多年的发展史。自从有了显微镜,人们看到了过去看不到的许多微小生物和构成生物的基本单元——细胞。不仅有能放大千余倍的光学显微镜,而且有放大几十万倍的电子显微镜,使我们对生物体的生命活动规律有了更进一步的认识。在显微镜本身结构发展的同时,显微观察技术也在不断创新:1850年出现了偏光显微术;1893年出现了干涉显微术;1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术,他为此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。

  传统的光学显微镜由光学镜头组成,可以将物体放大至几千倍来观察细节,由于光波的衍射效应,无限提高放大倍数是不可能的,因为会遇到光波衍射极限这一障碍,传统的光学显微镜的分辨率不能超过光波长的一半。比如,以波长λ=400nm的绿光作为光源,仅能分辨相距为200nm的两个物体。实际应用中λ>400nm,分辨率要更低些。这是因为一般的光学观察都在距离物体很远的位置(>>λ)。

  表面波光学显微镜,利用金属薄膜负载的表面等离子体波(英文缩写为SPs)作为照明光源的表面等离子体共振显微镜(英文缩写为SPRM)。表面波光学显微镜广泛应用于细胞、细菌、病毒、DNA、蛋白质等生物体的无标记成像研究。但SPRM存在两个缺点之处:

  ,SPs的传播特性,导致了SPRM在SPs传播方向的空间分辨率通常为几个微米,远大于光波的衍射极限;

  第二,SPs需要特定的激发条件且显微物镜的数值孔径有限,导致了SPRM对入射光的波长、偏振及衬底材料有一定要求,如入射光必须是长波,且必须是p偏振光,样品必须放置在金属材料。

  克服传统光学系统中存在衍射极限问题,从而获取更小聚焦光斑以及更加精细的物体结构信息,在实际应用中具有非常重要的意义。诸如可以应用于光学数据存储,纳米光刻,光学显微镜等方面。超分辨显微包括两部分:超分辨聚焦和超分辨成像。

  中国科学技术大学光学与光学工程系微纳光学与技术课题组实现基于旋转照明的表面波光学显微成像新技术,在自主搭建的光学显微镜上加载了旋转照明模块。利用探测器采集图像的时间平均效应可自然的提高SPRM成像分辨率。

解决了SPRM存在的个缺点。

  科研团队用替代金属薄膜的SPs,介质多层膜负载的布洛赫表面波(英文缩写为BSWs)研制出一种表面波光学显微镜。其优势在于:稳定性优于金属薄膜且易于进行生化修饰;BSWM既可以工作于长波也可以工作于短波;BSWs的穿透深度可以调节,可以实现不同深度的表面成像;BSWM可以工作于p偏振和s偏振入射光,有利于偏振敏感样品的测量与表征。使得BSWM的应用范围更为广泛。

解决了SPRM存在的第二个缺点。


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2017-04-08 16:18:31
标签:表面波光学显微镜 , 中科大物理学院 , SPRM成像分辨率
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