定量化超分辨微分干涉相襯顯微成像方法研究

《定量化超分辨微分干涉相襯顯微成像方法研究》是依託華中科技大學，由呂曉華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：定量化超分辨微分干涉相襯顯微成像方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：呂曉華
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

顯微光學成像已成為生命科學研究領域中必不可少的研究手段，但其成像解析度受限於光學衍射極限。為了對更精細的亞細胞結構進行成像，需要進一步提高光學成像的解析度。近年提出的超分辨成像技術，通常針對螢光標記樣品。微分干涉相襯(DIC)成像可以實現無標記樣品的高對比成像，但解析度也受光學衍射限制。申請人所在研究團隊前期嘗試將結構光照明超分辨方法用於DIC成像，演示了超分辨DIC成像的可能性，但還存在光路結構依賴偏振光學元件，測量結果不能定量的問題。本項目擬在前期工作基礎上，研究不依賴於偏振光學元件的可提取定量相位信息的超分辨DIC成像技術。通過引入新的系統結構並進行理論建模和分析，設計和實現可定量反映樣品相位信息的定量化超分辨DIC成像；並將該技術套用於活細胞成像研究中，實現細胞的精細亞細胞結構的定量化超分辨成像。本項目的研究將為無標記樣品的超分辨光學成像和活細胞研究提供新的方法和實驗系統。

結題摘要

微分干涉相襯（DIC）顯微成像方法是一種經典的無標記顯微成像方法，並且在細胞成像方面有較為廣泛的套用。但其成像解析度受限於光學衍射極限，同時傳統DIC成像依賴於偏振光學元件。本項目使用空間光調製器代替偏振光學元件，並將該方法與結構光照明方法結合以提高其解析度。從傳統DIC的成像過程出發，分析推導了基於空間光調製器的DIC成像模型和參數計算方法。從空間頻域分析的角度，導出了結構光照明提高成像解析度的原理以及結構光照明提高DIC顯微成像解析度的圖像重建方法，建立了結合結構光照明、無偏振光學元件的DIC成像系統。另一方面，這一DIC成像方法的核心是新型的光束調製器件和頻域分析和信號提取方法，本項目也研究了能夠進行振幅和相位調製的空間光調製器以及數字微鏡器件使用寬頻光源時的色散問題，以及頻移光束干涉的頻域復用成像。套用方面，通過DIC成像對不同厚度的神經根切片進行成像，在一定厚度下，可以通過神經纖維圖像紋理的定量分析，鑑別神經的運動/感覺類型。項目執行期間發表方法類論文3篇，發表於光學和生物醫學光學類一流期刊Optics Letters和Journal of Biophotonics。套用類論文1篇，發表於JIOHS，合作論文1篇，發表於綜合類重要期刊PNAS。申請發明專利2項。項目培養研究生4人。項目執行期間，通過國外實驗室訪問和參加國際會議，交流了顯微光學成像的生物套用。相關套用還在進一步開展中。