纳米光刻高级研究中心和阿姆斯特丹Vrije大学的科学家,开发出一种通过超薄光纤进行快速、超分辨率显微镜的微型装置。使用智能信号处理,突破了分辨率和速度的理论极限,由于该方法不需要任何特殊的荧光标记,因此在医学应用和纳米光刻的三维结构表征方面都很有前景,其研究成果发表在自然《光:科学与应用》期刊上。

研究作者柳巴·阿米托诺娃(Lyuba Amitonova)说:纳米尺度的成像受到所用光线波长的限制。有办法克服这种衍射限制,但它们通常需要大型显微镜和困难的处理程序,这些系统不适合在生物组织深层或其他难以触及的地方成像。Amitonova在纳米光刻高级研究中心(ARCNL)成立了一个纳米级成像和计量学研究小组,Amitonova还兼职联系到阿姆斯特丹大学,在那里她在约翰尼斯·德波尔(Johannes De Boer)的团队中研究用于内窥镜检查的超薄纤维。

逆数据压缩

Amitonova和De Boer已经开发出一种方法,可以克服小型系统中的衍射限制,以实现超分辨率的深层组织成像。Amitonova方法的关键是:创建有意义的图像并不需要数据样本中的所有信息,想想数码摄影,它使用JPEG压缩格式来限制照片中的数据量,压缩可以去除高达90%的图像,但我们很难看出其中的区别。这是可行的,因为所有传统的现实物体图像都是‘稀疏的’,这意味着大多数图像点都不包含任何信息。

在研究的测量中,以相反的方式利用这种稀疏信息,只获取可用数据的10%,并通过数学计算方法重建整个图像。在传统显微镜中,样品通常是逐点照明的,以生成整个样品的图片。这需要很长时间,因为高分辨率图像需要很多数据点。Amitonova和De Boer开发的方法,使用了一种产生斑点激光束的光纤,允许以随机的方式同时照射样品许多区域。然后,将样品反射的多面光收集为单个数据点,通过计算从该数据点提取相关信息。

超越传统方法

在逐点照明情况下,获取256个数据点将产生256个像素的图像。使用该方法,相同数量的测量会产生大约20倍于像素的图像。因此,压缩成像的速度要快得多,而且还证明,能够分辨出比传统衍射限制成像小两倍以上的细节。该方法是在考虑到微创生物成像的基础上开发,但在纳米光刻中的传感应用也非常有前途,因为它不需要荧光标记,而荧光标记是其他超分辨率成像方法所必需的。

Amitonova将在纳米光刻高级研究中心(ARCNL)进一步发展这一概念:纤维的致密性使它们非常便于在纳米光刻技术中开发测量工具。基于纤维的探针,提供了高分辨率和大视野的独特组合,可以很容易地在难以触及的地方使用。进一步开发该方法有望带来更高的分辨率和速度,计量工具和医疗诊断是最有可能从这项发现中受益的领域。

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博科园|研究/来自:纳米光刻高级研究中心

研究发表期刊《光:科学与应用》

DOI: 10.1038/s41377-020-0308-x

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纳米光刻高级研究中心和阿姆斯特丹Vrije大学的科学家,开发出一种通过超薄光纤进行快速、超分辨率显微镜的微型装置。