Et ultrakompakt multimode meta-mikroskop

Alsidighed og miniaturisering af billedbehandlingssystemer er af stor betydning i nutidens informationssamfund. Mikroskopiske billeddannelsesteknikker har altid været uundværlige for videnskabelig forskning og sygdomsdiagnostik inden for det biomedicinske område, som også er på vej mod integration, bærbar og multifunktion.

Den optiske mikroskopteknik omfatter normalt lysfelt-, mørkfelt- og fluorescensbilleddannelse, som almindeligvis er baseret på besværlige optiske komponenter. Specielt til fluorescens- og mørkefeltsmikroskopi, blokering af uønsket baggrundslys for at sikre, at den høje SNR er af væsentlig betydning for billeddannelsens ydeevne.

Anvendelsen af ​​guidet-bølge-belysning gør det muligt at kombinere to billeddannelsesteknikker sammen, men systemerne er stadig omfangsrige og komplicerede. En lovende vej til et kompakt mikroskop er at bruge metalenses, som består af subbølgelængde nanostrukturer med kraftige evner til at modulere lysets amplitude og fase.

Selvom innovative metalenses er blevet demonstreret til fluorescensmikroskopi, er fordelene ved ultratynd og flad arkitektur endnu ikke blevet afsløret for miniaturisering.

Professor Tao Li &Shining Zhus gruppe fra Nanjing University rapporterede om et miniaturiseret multimode-mikroskop til lysfelt-, mørkfelt- og fluorescensbilleddannelse ved at introducere guidede bølgebelysninger. Ved bekvemt at skifte lyskilden kan tre billeddannelsestilstande arbejde sammen eller hver for sig i et meget kompakt mikroskop (adskillige centimeter i størrelse).

Det foreslåede belysningsmodul med guidede bølger giver især ikke kun en billeddannelsestilstand med lav støj, men reducerer også systemstørrelsen yderligere, hvilket favoriserer det kompakte mikroskop meget.

Som et resultat er et metalens-array designet og fremstillet med en forstørrelse på 3,5× i billeddannelse (arbejder ved λ =470 nm), hvilket svarer til emissionsbølgelængden af ​​fluorescensbilleddannelse. Billedopløsningen er ca. 714 nm, hvilket sikrer subcellulær billeddannelse. Desuden har eksperimenter vist de potentielle anvendelser af mikrofluidisk billeddannelsesteknikker til at miniaturisere mikrofluidisk billeddannelsessystemer yderligere.

Som konklusion foreslår og demonstrerer forskerne et miniaturiseret multimode meta-mikroskop baseret på guidet-bølge belysning. Tre billeddannelsestilstande er realiseret inden for en centimeter-skala prototype, inklusive lysfelt-, mørkfelt- og fluorescenstilstande.

Den foreslåede guidede bølgebelysning sparer yderligere plads til at opfylde denne kompakthed, som i væsentlig grad kombinerer mørkfelt- og fluorescensbilleddannelse sammen. Et metalens-array er specielt designet og fungerer i en zoom-ind-tilstand (3,5×) indbygget med en CMOS-billedsensor, som er designet med hensyn til bølgelængden på 470 nm svarende til emissionsbølgelængden.

Halv-pitch-opløsningen er omkring 714 nm, hvilket sikrer subcellulær billeddannelsesopløsning. Dette er især den første meta-enhedsimplementering af multimode-billeddannelse i et ultrakompakt system, som forventes at muliggøre realtidsvisualisering af cellekultur og have en stor indflydelse på det biomedicinske område i fremtiden.

Artiklen er publiceret i tidsskriftet Advanced Devices &Instrumentation .

Flere oplysninger: Xin Ye et al., Ultracompact Multimode Meta-Microscope Baseret på både spatial og guided-wave belysning, Avancerede enheder og instrumentering (2023). DOI:10.34133/adi.0023

Leveret af Advanced Devices &Instrumentation