高集成多模式超构显微镜

1. 痛点问题

显微成像技术在生物医学领域的科学研究和疾病诊断中一直是不可或缺的，目前也在向集成化、便携式和多功能发展。光学显微成像技术包括明场、暗场和荧光成像，这些通常是基于庞大的光学元件。特别是在荧光和暗场成像中，阻挡背景杂散光以获得高信噪比对成像性能尤为重要。导波照明有望能将暗场和荧光成像集成起来，但基于现有的显微镜成像架构，仍然体积庞大而复杂。超构透镜是一种亚波长纳米结构，能够实现高度紧凑的显微镜。虽有一些超构透镜已经被用于荧光成像，但并没有真正实现小型化。

2. 解决方案

南京大学李涛教授、祝世宁院士研究团队通过在超构透镜成像中引入导波照明，实现了一种用于明场、暗场和荧光成像的小型化多模式显微镜。通过切换光源，三种成像模式可以在一个非常紧凑的显微镜系统（厘米级）同时或分别工作。值得注意的是，所提出的导波照明不仅提供了一种消背景噪音的成像模式，而且进一步减小了系统的尺寸。此外，该工作还利用了分布式超构透镜阵列，实现了多视场成像，从而进一步扩大了视场。针对荧光发射波长(470nm)，研究人员设计了超透镜阵列并与与CMOS图像传感器集成后，在放大成像模式下（放大倍数为3.5），达到分辨率约为714nm，确保了亚细胞成像分辨率。这是第一个在超紧凑系统中实现多模式成像的设备，有望实现细胞培养的实时可视化，并在未来的生物医学领域产生重大影响。