快照式高光譜顯微成像方法研究

《快照式高光譜顯微成像方法研究》是依託天津大學，由張尹馨擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：快照式高光譜顯微成像方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張尹馨
• 依託單位：天津大學

項目摘要

生命科學和醫學診斷的進步高度依賴於對活細胞及生物分子的動態構成和相互作用過程的研究，迫切需要可以實時跟蹤或抓拍其動態成分圖像的快照光譜顯微成像技術。本項目提出一種子像集成光譜顯微成像法（簡稱SIISM），一次曝光獲得包含活體樣本空間信息和光譜信息的三維數據立方(x, y, λ)。項目研究三維數據立方與二維光譜子像圖集間的映射理論及數據立方體重建方法；探索典型SIISM系統的光學建模方法，研究子像映射單元參數與數據立方體信息容量之間的關係，分析衍射對系統性能的影響；研製一種SIISM實驗系統，對三種染料標記的RPAEC細胞進行實驗，嘗試探索SIISM在多標記活體螢光蛋白分析中的套用。該系統結構緊湊，操作簡便，一次曝光可獲得活體的光譜顯微圖像，在染色體動力和基因表達等重大前沿研究，以及醫療儀器產品升級等方面具有廣泛套用前景。

結題摘要

生命科學、醫學診斷、天文觀測、工業檢測等領域的進步高度依賴於快速光譜成像與分析，迫切需要可以實時跟蹤或抓拍其動態成分圖像的快照式光譜分析及成像技術。本項目研究了基於像切分鏡的快照式光譜系統。提出了子像集成光譜顯微成像法（簡稱SIISM），利用像切分器分割顯微鏡成像並將子像重新排列，進行色散分光，通過圖像重建可一次曝光獲得包含活體樣本空間信息和光譜信息的三維數據立方(x, y, λ)。基於該方法研製實驗系統，嘗試探索SIISM在多標記活體螢光蛋白分析中的套用。所設計的系統的視場為0.2mm×0.2mm，光譜範圍為450nm-650nm，經軟體仿真可知，系統空間解析度為0.43μm，光譜解析度為0.9nm。此外，還提出了基於像切分鏡的快照式寬譜直讀光譜儀光路結構，像切分鏡及多閃耀角複合光柵將全波段切分成多個子波段，每波段均有對應閃耀波長，以實現全譜閃耀，通過光譜拼接將全波段光譜像成像於面陣CCD，從而實現快速光譜分析。設計了基於孔徑切分技術的單像切分鏡和雙像切分鏡兩種寬譜直讀光譜系統，系統的光譜範圍為200-1000 nm，整體光譜解析度優於0.15nm。基於像切分鏡的快照式光譜顯微成像系統能夠解決活細胞及生物分子的動態構成和相互作用過程研究中的迫切需求，在染色體動力和基因表達等重大前沿研究，以及醫療儀器產品升級等方面具有廣泛套用前景。拼接光譜寬譜直讀光譜儀同樣能夠解決光譜分析過程中時間解析度不足的問題，實現光譜的實時分析，在小型光譜儀或者大型天文光譜分析儀器領域都有廣闊的推廣前景。