[发明专利]基于微粒散射光近场照明的超分辨光学显微成像方法

说明书

本发明涉及一种基于微粒散射光近场照明的超分辨光学显微成像方法，在现有暗场光学显微镜的基础上，利用微粒的散射光作为显微镜的照明光源，被散射光照明的区域可以获得超越衍射极限的空间分辨率，实现了空间超分辨成像。相比于普通的明场或暗场显微镜，本发明具有更高的空间分辨率。相比于近场扫描光学显微镜，通过微米颗粒在样品表面的扫描，可以获得整个样品表面的超分辨图像，本发明具有更快的成像速度，不需要在样品表面逐点扫描，每次成像范围可以达到10μm²。

技术领域

本发明涉及一种光学显微成像技术，特别涉及一种基于微粒散射光近场照明的超分辨光学显微成像方法。

背景技术

远场光学受限于光学衍射极限，其成像系统的空间分辨率取决于入射波长和显微物镜的数值孔径，通常不会小于入射光波长的一半。为突破衍射极限，最常用的技术为近场扫描光学显微镜。该技术利用有孔或者无孔探针，位于样品表面上方数百纳米的范围内，收集样品表面倏逝波的强度，由此获取样品的轮廓信息。其分辨率理论上由探针尺寸决定，目前可以达到20至50纳米的空间分辨率。然而该技术最大的缺陷就是成像速度慢，通常需要几秒甚至几十秒来完成一幅图，因此无法应用于实时的成像测量。

在成像过程中，如果使用的显微物镜具有相同的数值孔径，明场和暗场显微镜的分辨率相同。由于采用了边缘光束照明技术，相比于明场显微镜，暗场显微镜抑制了背景光线的影响，具有更好的信噪比和图像对比度，更加适合物体边界和轮廓的观测。

发明内容

本发明是针对现在近场扫描光学显微镜成像速度受限的问题，提出了一种基于微粒散射光近场照明的超分辨光学显微成像方法，相比于逐点扫描的近场扫描光学显微镜，本方案具有更快的成像速度，同样可以获得超越衍射极限的空间分辨率。

本发明的技术方案为：一种基于微粒散射光近场照明的超分辨光学显微成像方法，包括如下步骤：

1）在现有的暗场光学显微镜的基础上增加三维移动设备，三维移动设备控制微米级的微粒移动；

2）将待测样品置于显微物镜的焦平面上；

3）将微粒移动接近待测样品表面，距离待测样品不超过1微米；

4）入射光从侧面入射，暗场光学显微镜对微粒周围被散射光照亮的区域进行成像，并完成图像采集；

5）利用三维移动设备控制微粒在样品表面逐步按次序移动，并控制微粒距离待测样品表面的间隔不超过1微米，每移动一步，用暗场光学显微镜采集一次图像，直至完成待测样品表面的图像采集；

6）将所有采集图像按次序拼接，实现待测样品表面超分辨图像。

所述微粒大小为1至50微米，用来散射显微镜的入射光。

所述三维移动设备包括三维位移平台和微粒支架，微粒支架一端为尖端结构，尖端结构端吸附或者粘贴微粒，另一端连接至三维位移平台，三维位移平台通过微粒支架控制微粒在三维空间内自由移动。

本发明的有益效果在于：本发明基于微粒散射光近场照明的超分辨光学显微成像方法，利用微粒的散射光作为显微镜的照明光源，实现了空间超分辨成像。相比于普通的明场或暗场显微镜，本发明具有更高的空间分辨率。相比于近场扫描光学显微镜，本发明具有更快的成像速度，不需要在样品表面逐点扫描，每次成像范围可以达到10 μm²。

附图说明

图1为本发明基于微粒散射光近场照明的超分辨光学显微成像示意图；

图2为本发明成像样品的扫描电子显微镜图；

图3为本发明三种显微镜模式下对同一样品的成像效果比较图。

具体实施方式