Forscher der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas (USTC) haben ein planares optisches Gerät vorgestellt, das die Funktionen der Dunkelfeldmikroskopie erheblich verbessert und eine über die Beugungsgrenze über die Beugungsgrenze hinaus übertriebende Bildgebung erreicht. Die Arbeit wurde von Prof. Zhang Douguo geleitet und wurde in veröffentlicht Die Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Die Dunkelfeldmikroskopie ist eine leistungsstarke Technik zur Visualisierung nicht gemärter Proben, indem sie in schrägen Winkeln beleuchtet werden, was zu stark kontrastischen Bildern von schwach streuenden Objekten führt. Die herkömmliche Dunkelfeldmikroskopie ist jedoch durch die Beugungsbarriere begrenzt und erfordert häufig komplexe, sperrige Setups mit präziser Ausrichtung. Superauflösende Bildgebungstechniken, die diese Barriere überwinden können, sind in der Regel teuer und schwer zu bedienen. Die Notwendigkeit einer einfacheren, zugänglicheren Lösung ist seit langem eine Herausforderung im Bereich.
Die Studie führt ein planares photonisches Gerät ein, das eine Streuschicht, einen eindimensionalen photonischen Kristall (1DPC) und einen metallischen Film integriert, um Dunkelfeld-Speckle-Muster zu erzeugen. Dieses kompakte Gerät kann leicht in herkömmliche Mikroskope integriert werden, wodurch die Notwendigkeit komplexer optischer Systeme oder eine präzise Ausrichtung beseitigt werden.
Die Hauptinnovation liegt in der Verwendung des 1DPC, der als Impuls-Raum-Filter fungiert, um hohle Zapfen von Speckle-Mustern zu erzeugen. Diese Muster dienen als Beleuchtungsquelle und ermöglichen eine hohe kontrastreiche Bildgebung mit einer 1,55-fachen Verbesserung der räumlichen Auflösung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.
Die Forscher demonstrierten die Fähigkeiten des Geräts, indem sie verschiedene Proben bildeten, einschließlich Polystyrolperlen, Nanodrähten und biologischen Exemplaren. Unter Verwendung eines Blind-SIM-Rekonstruktionsalgorithmus lösten sie die benachbarten Perlen mit einem Abstand von Mitte zu Center erfolgreich auf 340 nm auf, was über die Beugungsgrenze hinausgeht. Das Gerät unterstützt auch die optische Oberflächenbildgebung, indem er evaneszente Flecken erzeugt, wenn die einfallende Wellenlänge abgestimmt ist und seine Anwendungen weiter erweitert.
Der experimentelle Setup umfasste ein Standardmikroskop mit einer X40 -Objektivlinse (Na 0,6) und einer kohärenten Laserquelle, die zu Multimode -Fasern gekoppelt ist. Die Speckle -Muster wurden durch Vibration der Fasern dynamisch verändert, wodurch die Erfassung mehrerer Frames für die Bildrekonstruktion erfasst wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die vorgeschlagene Technik nicht nur die Auflösung verbessert, sondern auch für große Bildgebungsfelde einen hohen Kontrast hält.
Diese Forschung stellt einen signifikanten Sprung nach vorne in der Mikroskopie -Technologie dar. Das kompakte Planargerät bietet eine praktische und zugängliche Lösung für die Bildgebung von Superauflösungen und stellt einem breiteren Bereich von Forschern und Klinikern eine markierungsfreie Mikroskopie zur Verfügung. Durch die Vereinfachung des Setups und die Beseitigung des Bedarfs an komplexer Ausrichtung könnte diese Innovation den Zugang zu fortgeschrittenen Bildgebungstechniken demokratisieren.
Weitere Informationen:
Zetao Fan et al., Planare Geräte-fähige Speckle-Beleuchtung für dunkelfeldbezirksfreie Bildgebung über die Beugungsgrenze hinaus, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2025). Doi: 10.1073/pnas.2423223122