[发明专利]基于无衍射超分辨光束照明的非标记远场超分辨显微系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于无衍射超分辨光束照明的非标记远场超分辨显微系统及方法，其包括无衍射超分辨光束照明模块、样品二维扫描模块、显微光学模块、超分辨成像模块。其照明光源采用无衍射超分辨光束，具有工作距离大、照明光束传播距离远、照明光束穿透性强、光束的横向半高全宽小于衍射极限；并采用共聚焦模式，实现一种无需标记的远场超分辨成像系统和方法；并可以实现对透明样品的三维层析成像，横向分辨率小于衍射极限，分辨率优于λ/5。可应用于生物样品的非标记超分辨显微成像、也可以应用于工业相关超分辨显微检测等领域。

技术领域

本发明属于可见光显微技术领域，特别是涉及一种基于无衍射超分辨光束照明的非标记远场超分辨显微系统及方法，该系统能实现三维透明样品的非标记、超分辨分辨率、层析成像，可应用于生物样品的检测应用等。

背景技术

现有显微技术大致可分为近场显微与远场显微两大类，近场显微包括微球体辅助成像、近场扫描显微等方法。近场显微方法能实现了超分辨显微成像，但其工作距离小于工作波长，极大的限制了其实际应用；远场超分辨技术，工作距离大，可以克服近场显微技术的不足。现有的远场超分辨显微技术包括受激发射损耗显微、局部激活显微、随机光重构光学显微等，然而，这些技术都需要对被检测样品进行荧光分子标记。非标记的远场超分辨显微技术，具有工作距离大、无需对样品进行标记，使用方便，因此成为超分辨光学显微镜的技术的重要发展趋势。近年来，基于超衍射器件的非标记远场超分辨显微已有少数实验报道，然而，现有非标记远场超分辨显微的照明光束的焦深较短、难以穿透样品玻璃载片、也难以穿透较厚的样品实现超分辨照明，极大地限制了其实际应用；同时，现有非标记远场超分辨显微的照明光束的焦深较短、难以穿透样品玻璃载片，也使得无法使用大数值孔径、高放大倍率的显微物镜，无法减小物镜点扩散函数半高全宽，因此难以进一步提升系统整体分辨率。

技术背景参考文献：

[1]Edward T.F.Rogers,Jari Lindberg,Tapashree Roy,Salvatore Savo,JohnE.Chad,MarkR.Dennis and NikolayI.Zheludev.“A super-oscillatory lens opticalmicroscope for subwavelength imaging,”Nature Materials,Vol.11,pp.432-435(2012).

[2]Edward T F Rogers and Nikolay I Zheludev.“Optical super-oscillations:sub-wavelength light focusing and super-resolution imaging,”Journal of Optics,Vol.15,pp.094008(2013).

[3]Y Yan,L Li,C Feng,W Guo,S Lee,M Hong.“Microsphere-Coupled ScanningLaser Confocal Nanoscope for Sub-Diffraction-Limited Imaging at 25nm LateralResolution in the Visible Spectrum,”ACS Nano,Vol.8,pp.1809-1816(2014).

[4]Fei Qin,Kun Huang,Jianfeng Wu,Jinghua Teng,Cheng-Wei Qiu,andMinghui Hong.“A Supercritical Lens Optical Label-Free Microscopy:Sub-Diffraction Resolution and Ultra-Long Working Distance,”Advanced Materials,Vol.28,1602721(2017)。

发明内容