近日，中國科學院上海光學精密機械研究所量子光學重點實驗室劉紅林副研究員課題組在散射定位和成像研究方面取得重要進展。相關(guān)成果以“Imaging and positioning through scattering media with double helix point spread function engineering”為題發(fā)表于Journal of Biomedical Optics期刊上。

散射現(xiàn)象對依靠彈道光傳遞信息的傳統(tǒng)成像技術(shù)造成了極大的阻礙。很多領(lǐng)域?qū)ν高^散射介質(zhì)實現(xiàn)高分辨成像都有迫切的需求，這促使大量的資源投入到相關(guān)研究中，也促進了散射成像技術(shù)的發(fā)展。目前，主流散射成像技術(shù)僅能實現(xiàn)目標的二維成像和相對位置信息的獲取，難以三維定位和成像。雙螺旋點擴散函數(shù)（DH-PSF）可用于超分辨顯微成像，并實現(xiàn)三維定位，但應用場景通常是無散射或弱散射環(huán)境。迄今為止，尚未有其在散射環(huán)境中成像和定位的相關(guān)報道。

本研究工作系統(tǒng)分析了雙螺旋點擴散函數(shù)在散射環(huán)境下的定位能力，搭建了含有DH-PSF調(diào)制模塊的顯微實驗系統(tǒng)，并選用雞蛋殼膜和洋蔥表皮組織作為散射介質(zhì)進行演示驗證。利用DH-PSF的特殊調(diào)制圖案，通過雙高斯擬合定位算法，實現(xiàn)了對兩種生物組織中熒光微球進行超分辨成像和定位，定位精度達到十納米級別。將平臺掃描和焦點DH-PSF解卷積相結(jié)合可以起到光學切片的作用，不僅實現(xiàn)了熒光微球的超分辨成像，還實現(xiàn)了周圍散射介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的清晰成像。相比于傳統(tǒng)的顯微技術(shù)和DH-PSF超分辨顯微技術(shù)，改進的DH-PSF 顯微可以對散射介質(zhì)中的目標進行超分辨成像和定位。

圖1.實驗系統(tǒng)示意圖

圖2.散射環(huán)境中DH-PSF調(diào)制的仿真

所提出的方法可為散射介質(zhì)中或通過散射介質(zhì)進行更深入、更清晰的可視化提供了一種簡單的解決方案，結(jié)合熒光染料、納米粒子、量子點以及其他熒光探針，散射介質(zhì)內(nèi)的原位超分辨率顯微成像將成為可能。

圖3.雞蛋殼膜下熒光微球的定位和成像結(jié)果

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1117/1.JBO.28.4.046008

審核編輯 ：李倩