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南京大學團隊研發(fā)高集成超構(gòu)顯微鏡 實現(xiàn)基于色散超構(gòu)透鏡的定量相位成像
2024年04月25日 13:37:45
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：9020
南京大學現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學學院研究團隊成功研發(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，實現(xiàn)了定量相位成像的無機械移動變焦。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】南京大學現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學學院的李濤教授與祝世寧院士的研究組近日在光學成像領(lǐng)域取得了突破性進展，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，實現(xiàn)了定量相位成像的無機械移動變焦。
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器件。而超構(gòu)透鏡是其中極具潛力的功能器件。研究團隊多年來致力于超構(gòu)透鏡的應(yīng)用研究，在這一領(lǐng)域取得了多項突破性的成果。例如2019年研究組就已實現(xiàn)超構(gòu)透鏡光譜層析成像。
本項研究基于光傳輸強度方程(TIE)技術(shù)，利用超構(gòu)透鏡自身色散的波長掃描獲得變焦，無需任何機械移動即可采集高精度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、操作簡便的無標記顯微成像領(lǐng)域有潛力。研究團隊通過AFM測量和遠場衍射驗證了重建相位的準確性，對Hela細胞和4T-1細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，縮小了體積，實現(xiàn)無機械移動的定量相位成像，提高系統(tǒng)便攜性，還展示了在生物細胞成像中的可行性，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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