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量子相干控制超分辨荧光宽场显微成像
传统的光学显微系统受到阿贝衍射极限原理的限制,无法分辨尺度小于~200nm的事物,为了突破衍射极限,超分辨荧光显微技术应运而生,在生物成像等领域得到广泛应用。根据成像采集过程,超分辨方法主要可分为两类。一种是单分子定位显微方法(SMLM),通过荧光分子的光开关特性,孤立每个发光分子进行单独定位。此类方法具有不受衍射极限限制的特点,可以得到10-40nm的超高分辨率,但由于分子激活漂白的循环步骤使得采集速度和成像时间较慢。另一种是如结构光照明等宽场成像的超分辨显微技术,可以通过获得相邻区域/荧光分子间一定程度的响应差异来实现分辨率的提升。宽场成像的方法具有较高的时间采集效率,但由于同时激发视野内的全部分子,使得其分辨能力往往在100nm以上。目前还缺乏一种方法在理论上可以有效的兼顾宽场成像的时间采集效率和单分子定位方法的空间分辨率,因此亟需提出一种基于宽场成像对荧光分子高效调制的技术方案。 超分辨方法其本质都是通过识别单个荧光分子的独立的发射特性获得该分子的空间定位。如果可以对宽场成像中衍射极限以内各个发光分子荧光发射差异实现主动控制,则有可能获得更好的超分辨显微结果。近期,物理学院介观物理国家重点实验室极端光学研究团队提出了基于量子相干控制原理主动调制分子荧光发射而获得超分辨荧光显微的方法(SNAC),在宽场成像下实现了分辨率的提升。课题组在ZnCdS量子点体系下获得衍射极限范围内各个量子点的差异化激发。通过设计多个整形脉冲,单个ZnCdS量子点的荧光差异性会得到增强。课题组通过周期性改变整形脉冲和傅立叶增强提取荧光响应的差异。同时,主动控制的图像采集方案可以有效的抑制系统中不随调制周期变化的泊松随机噪声和CMOS工艺导致的固定噪声,极大的提升了信噪比。接着,利用独立开发的混合周期(Combination-FFT)和多高斯拟合定位算法获得最终的超分辨重建结果。研究模拟了邻近双点荧光发射的超分辨定位,其结果可以很好的分辨出低至50nm的相邻荧光分子。对于密集标记的线性结构,SNAC的分辨能力同样有显著性的提高,获得了30nm左右的径向定位精度。在量子点标记的COS7细胞样品的维管结构区域清晰的观测到了维管的平行取向和姿态排布以及纤维交叉区域的95.3nm的邻近双峰,显示出了比已有多种宽场超分辨方法更好的重建结果。这个研究将脉冲整形作为新的控制维度引入荧光超分辨,并将宽场超分辨成像技术的分辨率提升到了与单分子定位方法接近的50nm的水平。
北京大学 2021-04-11
便携式双目显微镜手机拍摄支架
本实用新型公开了一种便携式双目显微镜手机拍摄支架,旨在解决现在没有专用于双目显微镜的手机拍摄支架,双目显微镜手机拍摄操作不便,易出现漏光而导致成像不稳定的现象的不足。该实用新型包括长条状的支架本体,支架本体两条宽边上以及一条长边上均设有向上凸起的限位挡条,与长边连接的限位挡条上设有限位盖条,限位盖条和支架本体之间构成手机夹槽,支架本体下表面上设有两个目镜对接头,支架本体上与一目镜对接头对应位置设有拍摄孔,拍摄孔贯穿与之对应的目镜对接头。
浙江大学 2021-04-13
一种显微层析成像方法与装置
1. 痛点问题 在常规显微系统中,宽视场与高分辨率不可兼得。此外,基于单光子照明的成像方式一般均不具有层析能力,极大地限制了其应用范围。 2. 解决方案 图1 完整宽视场、高分辨率成像示意图 本发明公开了一种显微层析成像方法与装置。包括:在投影器件上依次加载所需的各照明图案,利用光学中继透镜组以预设的缩放比例中继到样本面对相应子视场进行激发,子视场中被不同照明图案激发的荧光信号依次通过光学中继透镜组,并以预设的缩放比例中继到相机靶面,实现高分辨的子视场图像的获取;通过二维横向扫描器件使得光束在样本面上产生横向偏移,实现超大视场的不同子视场的结构光图像及其均匀光图像的获取(图1);通过轴向扫描器件使光束在样本轴向产生偏移,实现对样本的轴向扫描;对获取的图像依次利用结构光层析算法、图像拼接算法、三维重建算法,最终得到三维光学层析图像。本发明具有宽视场、高分辨率及三维层析成像的性能。 合作需求 寻求在显微仪器领域有相关技术开发、市场推广经验,能推进本发明落地的高技术光电企业。
清华大学 2021-11-24
一种对海目标红外成像识别装置
本发明公开了一种对海目标红外成像识别装置,包括:主处理板和显示板,所述主处理板包括图像收发模块(101)、总线控制模块、数字信号处理器模块、图像数据存储模块、通信接口模块、非均匀性校正片上系统(SoC)、多级滤波专用集成电路(ASIC)、标记专用集成电路(ASIC),完成图像的预处理和目标的识别与跟踪,所述显示板包括图像收发模块(102)、图像实时显示控制模块、显示数据存储模块。本发明有效地保证了动平台上对海目标自动
华中科技大学 2021-04-14
一种光片显微成像转换装置
本发明公开了一种光片显微成像转换装置,包括:光片激光光 源、样品夹持器、以及运动器;所述光片激光光源,产生光片激光, 水平照射在被固定于样品夹持器样品上;所述运动器,与样品夹持器 连接,用于带动样品夹持器在与竖直方向夹角小于 15 度方向上运动。 本发明提供的光片显微成像转换装置,是一种小型化、低成本的转换 装置,能通过加装在普通的倒置荧光显微镜上,使其具备光片显微成 像的能力,通过少量改装实现三维成像上的质的突破,
华中科技大学 2021-04-14
ppb级高精度红外气体检测技术
红外吸收光谱技术基于捕获物质的红外“指纹”来获得物质成分和含量信息,其核心是红外光谱器件和高效紧凑红外光学系统,主要的应用之一是针对气体的传感检测,如有毒有害气体、温室效应气体以及呼吸气体成分和浓度的检测等。相比传统的单气体成分的检测,同时检测多种气体是降低检测成本的有效途径;相比针对未知气体采用实验室傅里叶红外光谱仪的检测,可以现场检测的微小型化红外光谱仪具有更实用且成本更低的优势。另外, 越来越多的场景需要探测精度达到ppb 或亚ppm 精度的高精度气体检测,如有毒有害痕量气体、呼吸气体肺癌早期诊断、果蔬存储中具有催熟剂作用的微量乙烯气体释放的检测等。 现有红外气体传感技术中,基于激光光源的气体传感器虽然易于达到ppb级的高精度检测,但是激光传感器成本昂贵,而低成本的基于热光源的红外气体传感器虽然成本较低,但是却存在精度低的问题。 为了解决上述的精度和成本痛点问题,本成果掌握了高功率热红外光源、可级联长光程气体吸收池、多通道红外探测器和可调谐红外探测器以及多通道微弱信号数字锁相放大检测等技术,开发一系列探测精度到100ppb 以下的多通道红外气体传感器和演示模组,以及基于可调滤波器的小型化红外光谱仪,展示了集成多组分气体检测和现场未知气体成分的光谱仪检测能力,具有高精度和低成本优势,以及小体积和低功耗特点。 (1)高功率热红外光源:MEMS 热光源芯片阵列与微光学准直阵列集成,实现低发散角的高功率红外源。为实现高精度探测所需要的长光程气体吸收池提供足够的红外光能量。 (2)可级联长光程气体吸收池:高精度气体检测需要米级长光程池。现有长光程气体池主要有怀特池、Herriott 型、Chernin 型以及环形吸收池,配合低发散角的激光光源。但是这些吸收池结构复杂,装配难度高,成本高。自主提出的可级联气体池结构简单,光学效率高,且中心对称,加工和装配成本低。 (3)多通道红外探测器:不同敏感波长的红外探测单元集成在同一衬底上,构成多通道器件,可共用一个气体池和光源,节省器件,降低了成本,同时节省了体积和功耗。 (4)可调谐滤波器:采用电调FP 腔和单探测器可以动态选择透射波长进行探测。具有在一定波段内连续扫描实现红外光谱仪的功能,也可以随机定位某个特定波长探测,灵活性强。除了用于已知气体成分的浓度检测,还可用于对含有未知气体种类的应用场景进行气体检测。另外,大口径的压电驱动可调滤波器可用于电力开关柜SF6气体泄露、天然气管道气体泄露以及农作物长势和病虫害监测等场合的红外光谱成像检测。 (5)微小型红外光谱仪:红外光谱仪是在一个较宽的红外波段进行扫描以获取物质的光谱信息,借此探知物质的未知成分。传统的红外光谱仪体积大,主要在实验室使用。本技术采用FP 腔可调滤波器具有体积小结构稳定的特点,易于实现现场检测。 图1 四通道滤波聚焦单元、光学/探测器集成结构以及红外光谱探测器 图2  长光程气体池(平均光程>1米) 图3 可调光谱探测器-PZT压电陶瓷驱动FP腔可调滤波器及可调光谱 图4 红外气体传感器模组 【技术优势】 (1)基于表面微纳结构的窄带滤光片/微透镜阵列技术:实现覆盖中波和长波红外的宽波段滤光/聚焦结构,具有低成本制造优势。 (2)多通道红外探测器集成芯片技术:多通道滤波/聚焦阵列结构与红外探测单元阵列集成,实现多波长光谱探测芯片,具有低成本和小体积优势。 (3)可级联长光程池技术:适合热光源的米级光程气体吸收,实现低成本ppb 级红外气体探测。相比高精度的激光气体传感器,具有成本优势。
华中科技大学 2023-03-14
基于液体透镜的连续光学变焦显微镜
传统光学显微物镜观察倍率离散,且倍率切换需要一系列专业且复杂的操作,带来样本抖动、响应速度慢等问题。本项目基于液体透镜的连续光学变焦显微镜仅通过电压调节液体透镜焦距即可实现显微镜放大倍率的连续变化,响应速度快,无样本抖动。研制的基于液体透镜的连续光学变焦显微镜可应用于医疗诊断领域中细胞观测、组织活检、病理诊断等多项工作,解决传统显微镜变焦不连续、变焦速度慢和变焦有抖动等市场痛点,新增显微镜的功能,提升显微镜的性能,满足医疗诊断等领域对样本连续变焦和实时观测的迫切需求,促进细胞观测、组织活检、病理诊断等工作快速、高效、精准完成,具有鲜明的市场导向,有望颠覆传统显微镜,带动显微成像技术迭代和产业升级,提高我国在光学显微成像领域的国际竞争力。 技术描述 本项目核心技术是液体透镜和基于液体透镜的变焦显微成像技术。 液体透镜是由液体填充而成并通过调控液-液界面自适应调焦新型透镜,其中电润湿液体透镜具有无重力影响、驱动电压低、响应速度快等特点,最具应用前景。项目组掌握了电润湿液体透镜加工和封装工艺,研制了可商业化的液体透镜样品,开发了相应的驱动软件和硬件,突破了液体透镜仅有国外公司研制的技术封锁。基于液体透镜的变焦显微成像技术,主要通过电压控制液体透镜界面曲率变化实现连续变焦功能,并基于多片液体透镜联动调控以改变显微镜焦距、校正变焦过程中显微成像像差,实现高成像质量大变焦范围的连续光学变焦显微成像功能。项目组提出了具有中继像面的物镜目镜二次转接连续变焦显微成像技术,在理论上建立了液体透镜和固体透镜等组元在变焦过程中的物像共轭关系,建立了无机械移动且物像共轭距为常量的连续变焦显微成像模型。研制出基于液体透镜的10×——60×连续变焦显微镜。
北京航空航天大学 2023-03-28
一种液晶基红外波束偏振控制芯片
本发明公开了一种液晶基红外波束偏振控制芯片,包括芯片壳体(4)以及位于该芯片壳体(4)内的阵列化液晶偏振控制结构(3);芯片壳体(4)上设置有第一驱控信号输入端口(1),第二驱控信号输入端口(2),第三驱控信号输入端口(5),第四驱控信号输入端口(6)。红外光波进入芯片的阵列化液晶偏振控制结构后,按照液晶偏振控制结构的阵列规模和排布情况被离散化为子波束阵。子波束与受控电场激励下的液晶分子相互作用,被执行水平、垂直、4
华中科技大学 2021-04-14
多通道GHz近红外单光子探测器
基于InGaAs-APD的超灵敏高速光电探测模块,探测波段覆盖900 -1700 nm,探测效率最高可达25%。采用先进的正弦频谱滤波技术,支持GHz以上的单光子探测。此外,得益于先进的噪声抑制和弱信号处理技术,GHz 单光子探测器在如此高的工作频率下依然可以保持5×10-6/pulse的暗计数水平,以及小于5%的后脉冲概率。而多通道GHz单光子探测器的集成,可实现高速的光子数可分辨探测,拓展量子探测器的动态范围。 相关技术指标: 通道数: ≥4 工作频率:1-2.5GHz 探测效率:1-25% 连续可调 暗计数: 工作频率1-1.5GHz:≤ 5×10-6/pulse 工作频率2-2.5GHz:≤ 1×10-5/pulse 后脉冲: ≤ 5% 死时间: 3 ~ 10 ns (暗计数后脉冲指标均在10%探测效率下测得) 技术创新点: 国际上首次提出“一种低时间抖动低噪的吉赫兹单光子探测方法”,通过频谱分析的方法将低通滤波和平衡相结合,实现了高速高性能InGaAs APD单光子探测,被国内外单光子探测领域的专家同行广泛引用。基于该技术所研制的GHz单光子探测器通过华东电子测量仪器研究所光电计量校准中心(国防科技工业光电子一级计量站)鉴定检测,性能指标达到国际同类仪器先进水平。“单光子探测关键技术与仪器开发”获2012年上海市科技发明二等奖(第十完成人)此外,在此基础上,将室温单光子探测的速率提升到GHz以上,与国际水平相对比,工作频率提升到了1.5GHz,后脉冲误计数概率亦有所下降,探测效率为21%时,后脉冲概率仅为1.4%。
上海理工大学 2023-08-08
一种多功能红外遥控接口电路装置
一种多功能红外遥控接口电路装置,包括有接口电路及用于容置该接口电路的盒体,所述接口电路包括有红外接收电路以及红外发射电路,其特征在于:该接口电路还包括有单片机,所述单片机与所述红外接收电路以及红外发射电路均电性信号连接;用于盒体与电器设备连接的连接杆,盒体的背面外壁上一体成型球型凸块,连接杆与盒体背面相对的端部设球面卡槽,球面卡槽与球型凸块的尺寸大小相适应;按键输入电路连接开关按键组S;红外发射电路还信号连接有用于显示发射状态的第一LED发光二极管D3,显示电路至少还信号连接有用于显示单片机判断指令
安徽建筑大学 2021-01-12
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