超短脈衝雷射多光子電離顯微術研究

《超短脈衝雷射多光子電離顯微術研究》是依託南開大學，由朱曉農擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超短脈衝雷射多光子電離顯微術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱曉農
• 依託單位：南開大學

中文摘要

無標記、高分辨或超高分辨光學顯微成像技術對細胞生物學和生物光子學的發展、實現生命科學和現代醫學研究的新突破具有重大意義。基於物質不同結構或不同組份所表現出的不同電離特性來實現顯微成像的超短脈衝雷射電離顯微術是一種新型的、無需螢光標記物從而能夠具有材料普適性的非線性光學顯微成像方法。本項研究旨在對由本課題組提出的飛秒雷射多光子電離顯微術的科學原理和適用範圍開展深入的研究和探索，為下一步構建可直接用於生物細胞成像和微納米尺度材料分析的超短脈衝雷射電離顯微鏡實用化儀器打下一個牢固的前期基礎。項目將通過開展不同類型的生物細胞和微納結構材料的雷射電離成像實驗以及相關理論分析實現對超短脈衝雷射多光子電離顯微術的特異性、靈敏度和空間解析度等核心技術指標的一個全面的評估和界定。

結題摘要

利用超短脈衝雷射高峰值功率的特點，在待測樣品表面或大帶隙的透明材料內部通過多光子電離過程產生空氣或樣品電離，記錄不同位置處的電離信號，即可獲得與待測樣品表面形貌、化學組分相關的顯微圖像。本項目在對超短脈衝雷射多光子電離顯微系統最佳化設計的基礎上，成功搭建了一台由電腦程式控制的電離顯微成像樣機。利用該成像系統樣機，通過實驗研究發現，多光子電離顯微成像的橫向解析度可達100 nm量級（金屬樣品），並且具有遠大於聚焦脈衝瑞利長度的景深，可在保持高的橫向解析度的同時對透明樣品不同深度處的細節實現同時成像。實驗還發現，超短脈衝雷射的色散，即脈衝時域強度分布對電離顯微成像質量具有重要影響，具有殘餘二階和正三階色散的雷射脈衝具有更好的電離成像結果。利用搭建的電離顯微成像系統樣機，對包括電介質材料、金屬材料以及生物細胞進行了優於光學顯微的清晰成像，還可對透明樣品進行不同深度處的層析成像。本項目研究的超短雷射脈衝多光子電離顯微技術因其明顯優於傳統光學顯微技術的解析度、大景深、優秀的化學組分分辨能力以及可在液體/氣體環境下工作的特點，必將在顯微成像和微納尺度材料特性的研究方面發揮重要作用。