Mångsidighet och miniatyrisering av bildsystem är av stor betydelse i dagens informationssamhälle. Mikroskopiska avbildningstekniker har alltid varit oumbärliga för vetenskaplig forskning och sjukdomsdiagnostik inom det biomedicinska området, som också går mot integration, portabel och multifunktion.
Den optiska mikroskoptekniken inkluderar vanligtvis ljusfälts-, mörkfälts- och fluorescensavbildning, som vanligtvis är baserade på besvärliga optiska komponenter. Speciellt för fluorescens- och mörkfältsmikroskopi, blockering av oönskat bakgrundsljus för att säkerställa hög SNR är av stor betydelse för bildprestanda.
Användningen av guidad-vågsbelysning gör det möjligt att kombinera två bildtekniker tillsammans, men systemen är fortfarande skrymmande och komplicerade. En lovande väg till ett kompakt mikroskop är att använda metalenses, som består av subvåglängds nanostrukturer med kraftfulla möjligheter att modulera ljusets amplitud och fas.
Även om innovativa metalenser har demonstrerats för fluorescensmikroskopi, har fördelarna med ultratunn och platt arkitektur ännu inte avslöjats för miniatyrisering.
Professor Tao Li &Shining Zhus grupp från Nanjing University rapporterade ett miniatyriserat multimodemikroskop för ljusfälts-, mörkfälts- och fluorescensavbildning genom att introducera guidade vågbelysningar. Genom att bekvämt byta ljuskälla kan tre bildlägen arbeta tillsammans eller separat i ett mycket kompakt mikroskop (flera centimeter i storlek).
Anmärkningsvärt är att den föreslagna belysningsmodulen för guidade vågor inte bara ger ett bildläge med lågt brus, utan minskar också systemstorleken ytterligare, vilket gynnar det kompakta mikroskopet mycket.
Som ett resultat är en metalens-array designad och tillverkad med en förstoring på 3,5× vid bildbehandling (arbetar vid λ =470 nm), vilket motsvarar emissionsvåglängden för fluorescensavbildning. Bildupplösningen är cirka 714 nm, vilket säkerställer subcellulär avbildning. Dessutom har experiment visat de potentiella tillämpningarna av mikrofluidavbildningstekniker för att miniatyrisera mikrofluidavbildningssystem ytterligare.
Sammanfattningsvis föreslår og demonstrerar forskarna ett miniatyriserat multimode-metamikroskop baserat på guidad-vågsbelysning. Tre avbildningslägen realiseras inom en prototyp i centimeterskala, inklusive ljusfälts-, mörkfälts- och fluorescenslägen.
Den föreslagna belysningen med guidade vågor sparar ytterligare utrymme för att möta denna kompakthet, som avsevärt kombinerar mörkfälts- och fluorescensavbildning tillsammans. En metalens-array är speciellt utformad och fungerar i ett zoom-in-läge (3,5×) inbyggd med en CMOS-bildsensor, som är utformad med avseende på våglängden 470 nm som motsvarar emissionsvåglängden.
Halv-pitch-upplösningen är cirka 714 nm, vilket säkerställer subcellulär bildupplösning. Noterbart är att detta är den första meta-enhetsimplementeringen av multimode imaging i ett ultrakompakt system, som förväntas möjliggöra realtidsvisualisering av cellkultur och ha en stor inverkan på det biomedicinska området i framtiden.
Uppsatsen publiceras i tidskriften Advanced Devices &Instrumentation .
Mer information: Xin Ye et al, Ultracompact Multimode Meta-Microscope Baserat på både spatial och guidad-vågsbelysning, Avancerade enheter och instrumentering (2023). DOI:10.34133/adi.0023
Tillhandahålls av Advanced Devices &Instrumentation
