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超强激光科学卓越创新简报

(第三百八十七期)

2023年5月9日

上海光机所在超分辨散射成像和定位研究方面取得进展

  近日,中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室刘红林副研究员课题组在散射定位和成像研究方面取得重要进展。相关成果以“Imaging and positioning through scattering media with double helix point spread function engineering”为题发表于Journal of Biomedical Optics期刊上。

  散射现象对依靠弹道光传递信息的传统成像技术造成了极大的阻碍。很多领域对透过散射介质实现高分辨成像都有迫切的需求,这促使大量的资源投入到相关研究中,也促进了散射成像技术的发展。目前,主流散射成像技术仅能实现目标的二维成像和相对位置信息的获取,难以三维定位和成像。双螺旋点扩散函数(DH-PSF)可用于超分辨显微成像,并实现三维定位,但应用场景通常是无散射或弱散射环境。迄今为止,尚未有其在散射环境中成像和定位的相关报道。

  本研究工作系统分析了双螺旋点扩散函数在散射环境下的定位能力,搭建了含有DH-PSF调制模块的显微实验系统,并选用鸡蛋壳膜和洋葱表皮组织作为散射介质进行演示验证。利用DH-PSF的特殊调制图案,通过双高斯拟合定位算法,实现了对两种生物组织中荧光微球进行超分辨成像和定位,定位精度达到十纳米级别。将平台扫描和焦点DH-PSF解卷积相结合可以起到光学切片的作用,不仅实现了荧光微球的超分辨成像,还实现了周围散射介质膜结构的清晰成像。相比于传统的显微技术和DH-PSF超分辨显微技术,改进的DH-PSF 显微可以对散射介质中的目标进行超分辨成像和定位。

  所提出的方法可为散射介质中或通过散射介质进行更深入、更清晰的可视化提供了一种简单的解决方案,结合荧光染料、纳米粒子、量子点以及其他荧光探针,散射介质内的原位超分辨率显微成像将成为可能。

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