南京大學團隊研發(fā)高集成超構(gòu)顯微鏡 實現(xiàn)基于色散超構(gòu)透鏡的定量相位成像
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院的李濤教授與祝世寧院士的研究組近日在光學成像領域取得了突破性進展，成功研發(fā)出一種基于色散超構(gòu)透鏡的定量相位成像高集成超構(gòu)顯微鏡，實現(xiàn)了定量相位成像的無機械移動變焦。
該研究成果以“Quantitative phase imaging with a compact meta-microscope”為題于2024年4月8日發(fā)表在《自然》雜志社新刊發(fā)的npj Nanophotonics上，標志著小型化定量相位成像系統(tǒng)和新技術(shù)應用的突破。
據(jù)了解，超構(gòu)表面是通過亞波長結(jié)構(gòu)單元的薄層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對光的振幅、相位和偏振的任意調(diào)控，是目前最具吸引力的平面光學器件。而超構(gòu)透鏡是其中極具潛力的功能器件。研究團隊多年來致力于超構(gòu)透鏡的應用研究，在這一領域取得了多項突破性的成果。例如2019年研究組就已實現(xiàn)超構(gòu)透鏡光譜層析成像。
本項研究基于光傳輸強度方程(TIE)技術(shù)，利用超構(gòu)透鏡自身色散的波長掃描獲得變焦，無需任何機械移動即可采集高精度TIE相位成像，并在微透鏡陣列、透明生物樣本等樣品上驗證了該顯微鏡的定量相位成像效果。
超構(gòu)透鏡作為超輕超薄元件，具有高衍射效率，能實現(xiàn)波長變焦和高精度TIE相位重建，如微透鏡陣列的定量相位成像。該顯微鏡利用超構(gòu)透鏡的波長掃描功能，采集多幅過焦點圖像，通過TIE技術(shù)重建出高精度相位信息，適用于透明生物樣本的成像，尤其在低光毒性、操作簡便的無標記顯微成像領域有潛力。研究團隊通過AFM測量和遠場衍射驗證了重建相位的準確性，對Hela細胞和4T-1細胞的相位成像展示了應用潛力。
該研究不僅簡化了系統(tǒng)設計，縮小了體積，實現(xiàn)無機械移動的定量相位成像，提高系統(tǒng)便攜性，還展示了在生物細胞成像中的可行性，為小型化定量相位成像系統(tǒng)和相關技術(shù)的廣泛應用打開了新途徑。
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