小型化数字全息显微仪

1.基于数字全息显微技术，实现对透明样品无损非侵入定量相位成像。

细胞的无标记、原位测量有助于探索相关疾病的致病机理，以及药物对细胞生命活动的调控作用。如何实现对透明生物样品无标记测量？数字全息显微技术（Digital Holographic Microscopy, DHM），基于光学干涉原理，将数字全息与光学显微相结合，具有高精度、高分辨、无需对样品进行特殊操作的特性，在能够实现传统光学显微镜只能获得样品强度（振幅）信息目标的同时，可以无损非侵入的定量获得样品相位信息，进而得到待测透明样品的三维形貌或折射率分布。

2. 采用低相干光源以及物参共路结构，提高系统稳定性，抑制相干噪声。

传统的数字全息显微装置大多采用物参分离光路结构，导致装置复杂且稳定性差，成像容易受到周围环境振动及空气扰动的影响。如何克服环境扰动对数字全息技术的影响？拟采用物参共路结构，即物光和参考光经历完全相同的光学元件（物参共路径，不影响两光束的光程差）。为对比小型化数字全息显微仪和传统数字全息产品的稳定性差异，在未放置样品的情况下对两种装置每隔 20 秒记录一次干涉图样，连续拍摄 3 小时后，对所获得的全息图样进行相位再现，进而确定装置的相位分布随时间的变化情况。定量统计结果表明（任意选择相位图中的某点）：传统的数字全息显微产品在 0 到 2π范围内任意变化，且均方差为 1.8 rad；小型化点衍射数字全息显微仪在 3 小时内相位围绕平均值的均方差为 0.08 rad，相比前者提高了20 多倍。因此，装置即使处在十分复杂的环境中也具有极高的时空稳定性， 同时，物参共路的光路结构降低对光源相干性的要求，采用低相干光源可以抑制相干噪声对恢复精度的影响。

3. 利用偏振衍射光栅的偏振特性，实现干涉条纹对比度可调。

现有 DHM 系统大多采用分光棱镜或普通光栅对物光波进行分光，因而无法调节物光和参考光的相对强度，而干涉条纹对比度常与待测样品有关， 并且会影响重建结果。如何克服不同样品时干涉条纹对比度不同问题？拟采用具有优异偏振衍射特性的偏振光栅，通过衍射将物光波分成多份并沿不同衍射级方向传播，其中±1 级衍射光的光强占比均大于 40%，分别被用作物光与参考光，且±1 级衍射光具有不同偏振态，两者的相对光强与入射光的偏振态有关，因此通过与 1/4 波片结合使用可以调节两者的相对光强， 进而实现干涉条纹对比度可调目的。

4. 结合微流控技术，实现生物细胞的相位成像和信息获取。

细胞作为生命组成的最小单元，研究其相关的生物行为及其规律和本质，对于揭示生命奥秘、探索疾病机理和治疗手段有着重要意义。细胞体积微小，种类多样，并且生长在复杂的微环境中，这些都对细胞识别、内部组分分析和细胞间相互作用分析等造成干扰。如何在细胞水平进行相关领域研究？拟采用微流控技术，通过使用不同的微流控装置来避免细胞残留、阻滞、重叠等对检测结果的干扰问题，并依据数字全息显微技术，对细胞培养、捕获、分化、迁移、融合、药物代谢等过程进行高精度定量成像。