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科学家展示无标记超分辨率显微技术

作者: 张佳欣   文章来源:科技日报   发表时间:2022-04-25    点击量:

  

  研究人员开发了一种新的测量和成像方法,可以解析小于光衍射极限的纳米结构。光与标本相互作用后,新技术可测量光强度以及光场中编码的其他参数。图片来源:约尔格·S·艾斯曼/奥地利格拉茨大学

 

  来自奥地利格拉茨大学的研究人员近日开发了一种新的测量和成像方法,可在不需要任何染料或标签的情况下解析小于光衍射极限的纳米结构。这种激光扫描显微镜新方法弥补了传统显微镜和超分辨率技术之间的差距,有朝一日或可被用来观察复杂样品的精细特征。

  在国际光学出版集团的高影响力期刊《光学》上描述的这种新方法,是对激光扫描显微镜的改进,它使用强聚焦激光束照射标本。研究人员扩展了这项技术,不仅可以测量光与被研究标本相互作用后的亮度或强度,还可以检测光场中编码的其他参数。

  “我们的方法可帮助扩展用于研究各种样品中纳米结构的显微工具箱。”研究小组组长彼得·班泽说,“与基于类似扫描方法的超分辨率技术相比,我们的方法是完全非侵入性的,这意味着它不需要在成像前向标本中注入任何荧光分子。”

  研究表明,新方法可测量金纳米颗粒的位置和大小,精度为几纳米,即使在多个颗粒接触的情况下也可做到。

  在激光扫描显微镜中,光束在样品上扫描,并测量来自样品的透射光、反射光或散射光。大多数显微方法测量来自样品的光强度或亮度,但大量信息存储在光的其他特性中,例如它的相位、偏振和散射角。为了捕捉这些额外信息,研究人员检查了强度和偏振信息的空间分辨率。

  研究人员表示,光的相位、偏振和强度,在空间上都会发生变化,这种变化方式包含了与之相互作用的样品细节,然而,如果只在相互作用后测量总体光功率,那么大部分信息都会被忽略。

  研究人员研究了含有不同大小的金属纳米颗粒的简单样品,通过扫描感兴趣的区域,然后记录传输光的偏振和角度分辨图像展示了这种新方法。他们使用一种算法对测量数据进行评估,该算法创建了一个粒子模型,模型可自动调整,以尽可能精确地模拟测量数据。

  班泽说,尽管这些颗粒及其距离比许多显微镜的分辨率极限要小得多,但新方法能够解决这一问题。更重要的是,该算法能够提供有关标本的其他参数,如颗粒的精确大小和位置。