1. 痛點(diǎn)問題

顯微成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究和疾病診斷中一直是不可或缺的，目前也在向集成化、便攜式和多功能發(fā)展。光學(xué)顯微成像技術(shù)包括明場(chǎng)、暗場(chǎng)和熒光成像，這些通常是基于龐大的光學(xué)元件。特別是在熒光和暗場(chǎng)成像中，阻擋背景雜散光以獲得高信噪比對(duì)成像性能尤為重要。導(dǎo)波照明有望能將暗場(chǎng)和熒光成像集成起來，但基于現(xiàn)有的顯微鏡成像架構(gòu)，仍然體積龐大而復(fù)雜。超構(gòu)透鏡是一種亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)高度緊湊的顯微鏡。雖有一些超構(gòu)透鏡已經(jīng)被用于熒光成像，但并沒有真正實(shí)現(xiàn)小型化。

2. 解決方案

南京大學(xué)李濤教授、祝世寧院士研究團(tuán)隊(duì)通過在超構(gòu)透鏡成像中引入導(dǎo)波照明，實(shí)現(xiàn)了一種用于明場(chǎng)、暗場(chǎng)和熒光成像的小型化多模式顯微鏡。通過切換光源，三種成像模式可以在一個(gè)非常緊湊的顯微鏡系統(tǒng)（厘米級(jí)）同時(shí)或分別工作。值得注意的是，所提出的導(dǎo)波照明不僅提供了一種消背景噪音的成像模式，而且進(jìn)一步減小了系統(tǒng)的尺寸。此外，該工作還利用了分布式超構(gòu)透鏡陣列，實(shí)現(xiàn)了多視場(chǎng)成像，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了視場(chǎng)。針對(duì)熒光發(fā)射波長(zhǎng)(470nm)，研究人員設(shè)計(jì)了超透鏡陣列并與與CMOS圖像傳感器集成后，在放大成像模式下（放大倍數(shù)為3.5），達(dá)到分辨率約為714nm，確保了亞細(xì)胞成像分辨率。這是第一個(gè)在超緊湊系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多模式成像的設(shè)備，有望實(shí)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)的實(shí)時(shí)可視化，并在未來的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。