苏州医工所图像扫描显微成像技术研究工作获重大进展

  共聚焦显微镜中，其分辨率与信噪比相互矛盾，不能同时实现高分辨率和高信噪比，而近几年出现的基于共聚焦显微成像的图像扫描显微成像技术，能够解决这一难题。近期，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究人员成功提高了现有图像扫描显微成像技术的分辨率，获得了高信噪比且更高分辨率的图像，目前这一成果已经在Optics Communications上发表。
 激光扫描共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscopy，LSCM)是研究亚微米细微结构的有效手段，广泛应用于生物医学、材料检测等领域，是从事生物医学和材料科学研究的科技工作者必备的研究工具。然而，在共聚焦显微镜中，其分辨率与信噪比相互矛盾，不能同时实现高分辨率和高信噪比。近年来出现的基于共聚焦显微成像的图像扫描显微成像技术解决了这一问题，可以同时实现高信噪比、高分辨率成像。由于显微成像的分辨率与入射光偏振态有关，因此对入射光的偏振调制仍可以进一步提高图像扫描显微技术的分辨率。
  近期，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张运海课题组的肖昀等研究人员，对入射光进行偏振调制，得到尺寸较小的径向偏振光纵向分量的聚焦光斑，成功提高了现有图像扫描显微成像技术的分辨率，获得了高信噪比且更高分辨率的图像。该技术利用径向偏振光的纵向分量具有紧凑型光斑的特性，获得了较小的照明光斑，并进行图像扫描显微成像，与普通图像扫描成像相比，其分辨率提高了7%。
  研究结果表明，径向偏振光的图像扫描成像的分辨率优于圆偏振光，其分辨率是1AU针孔下共聚焦成像的1.54倍，同时径向偏振光纵向分量的图像扫描成像信号强度是1AU针孔下共聚焦成像的1.54倍，优于圆偏振光的图像扫描成像。在高分辨显微成像中，当背景噪声不变时，信号强度越强，信噪比越好。尤其是在探测微弱的荧光信号时，信号强度增加，信噪比改善比较明显。该研究结果有助于径向偏振光在图像扫描显微成像中的应用。
  以上成果已经在Optics Communications上发表。该工作得到了国家重大科研装备研制项目(超分辨显微光学关键部件及系统)、江苏省六大人才高峰资助项目、江苏省自然科学青年基金以及苏州应用基础研究计划项目的支持。
  图1. 25个点阵列图案成像，(a)为25个方形点的阵列图案，每个点的边长为0.06λ，相邻点的间距为0.46λ，(b)、(c)、(d)分别为阵列图案经过1AU针孔下传统共聚焦显微系统、圆偏振光与径向偏振光纵向分量图像扫描成像生成的图像，(e)为(b)、(c)、(d)中绿线位置的光强分布。
  图2.(a)1AU针孔下传统共聚焦成像(黑色曲线)、0.2AU针孔下传统共聚焦成像(绿色曲线)、1AU针孔下圆偏振光(蓝色曲线)和径向偏振光纵向分量(红色曲线)分别经过图像扫描成像的PSF横向强度曲线，(b)为(a)中PSF所对应的OTF，(c)中黑色曲线、绿色曲线、红色曲线分别为1AU针孔下传统共聚焦成像、0.2AU针孔下传统共聚焦成像、1AU针孔下径向偏振光纵向分量图像扫描成像的PSF横向强度曲线。
  编辑点评
  共聚焦显微镜是从事生物医学和材料科学研究工作者必备的研究工具，在生物医学、材料检测等领域发挥着重要作用，中科学研究人员成功解决了其分辨率和信噪比的矛盾，有助于径向偏振光在图像扫描显微成像中的应用，对日后科技工作者开展相关领域的研究工作也提供了很大帮助。