[发明专利]一种基于材料热致透过率变化的超分辨非荧光成像方法

说明书

一种基于热致透过率变化的超分辨非荧光成像方法,包括在盖玻片上用磁控溅射的方法镀上下层导热层，在下层导热层上用磁控溅射的方法镀上中间变化层，在变化层上用磁控溅射的方法镀上上层导热层，将上述镀完薄膜的盖玻片紧贴于待测样品表面，且镀有薄膜的一面紧挨着测样品表面等步骤。本发明操作简单，只需要在原扫描系统中让聚焦光束透过一层薄膜结构，适用于多种形态的待测样品，并可以获得超过衍射极限的光学分辨率。

技术领域

本发明涉及光学成像方法，基于热致透过率变化的超分辨非荧光成像方法。

背景技术

随着社会不断发展，用光学方法来实现纳米级无损伤成像已经成为各个领域迫切的需求，特别是生物领域。然而，由于光学系统存在极限，也就是说，其分辨率大小存在一个极值，我们称此极小值为“光学衍射极限”。1873年，德国科学家阿贝(Abbe)根据衍射理论首次推导出衍射分辨极限，后来瑞利(Rayleigh)将阿贝衍射理论归纳为一个公式：

其中r表示最小分辨距离，λ表示激光波长，NA表示系统的数值孔径大小。根据公式(1)就能发现想要增加光学成像的分辨率存在两个途径，一是采用波长更短的激光光源来成像，二是采用数值孔径更高的系统来实现成像。然而，NA值的大小由系统所决定，其理论极限值为1.5，目前系统已经完善到接近这个极值，所以要想进一步增大分辨率，就要采用更短波长的光来进行成像，然而过于短的波长会对样品产生伤害，特别是生物样品，且运用短波长会使系统变得非常复杂。

激光扫描共聚焦显微镜是二十世纪80年代发展起来的一项具有划时代的高科技产品，其利用共焦原理，将显微镜的分辨率提高了30％左右，被广泛运用在了工业成像及生物成像领域。共聚焦显微技术是将激光聚焦到衍射极限大小，然后照射到样品表面，接收透射后的信号，接着将样品移动一小段距离，再接收透射后的信号，这样重复接收，等到聚焦光斑点扫完样品表面待测区域后，将信号收集形成图像。所以当扫描光斑越小，共聚焦显微技术就能获得更高的图像分辨率。

相变材料存在热致透过率变化效应，指的是在强光作用下，材料表面会吸收光强从而温度升高，随着温度的升高，材料的透射率发生变化，即透射率与入射光强不再为线性关系，而是为非线性关系。当一束截面光强不均匀的强激光透过材料时，其截面上不同光强的部分处，材料对这些部分的透射率不同，透射率的变化大小与材料所处部分的光强大小有关。

基于激光产生的原理，其出射的光束在横截面上光的强度呈高斯分布，也就是说越靠近中心的光强越强，越远离中心的光强越弱，当激光光束在光学系统中缩小到衍射极限时，其横截面的光强分布还是呈高斯分布。从而当一束高功率激光透过材料时，其中心区域由于光强比较强，透过率受调制较多，边上区域光强弱，其透过率受调制较少，基本可以认为是线性。当一束低功率激光透过材料时，光束透过率基本都为线性。所以将强光照射获得的信号中利用弱光照射的信号除去线性调制信号，剩下热致非线性调制的信号就是材料后方一远小于衍射极限大小区域的信号，然后利用调制区域作为扫描点，对样品进行扫描成像,实现超分辨成像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于材料热致透过率变化的超分辨非荧光成像方法。扫描显微成像系统当中，让聚焦光束先后两次透过薄膜层结构，例如Si，Ge₂Sb₂Te₅，ZnS-SiO₂三层结构，前一次光功率密度小于2×10⁹W/m²的弱光，后一次光功率密度大于2×10⁹W/m²的强光，然后按照强弱光入射光强的比例，将弱光下获得的信号进行放大，接着在与强光下测得的信号进行相减，获得光斑中心经过调制的信号，此调制信号区域远小于衍射光斑大小，然后利用调制区域作为扫描点，对样品进行扫描成像,实现超分辨成像。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：