使用結構光照明的光學取影系統Optical Imaging System Using Structured Illumination

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

101134082

專利證號

I 460468

專利獲證名稱

使用結構光照明的光學取影系統Optical Imaging System Using Structured Illumination

專利所屬機關 (申請機關)

財團法人國家同步輻射研究中心

獲證日期

2014/11/11

技術說明

本創作係利用三維結構照明（structured illumination, SI）技術於反射式光散射 （reflective light scattering, RLS）顯微系統，以擴大影像資訊範圍，提供光學切 片(optical sectioning)功能，使生物系統中的奈米金屬顆粒的光散射影像達到超越 繞射極限的解析度，具有較佳的對比。顯微系統以液晶空間光調變器(spatial light modulator, SLM)調控入射雷射光的相位，利用特別設計的四組SLM 圖案，三束 繞射光在樣品焦平面干涉形成的三維照明圖樣可快速且準確地改變相位和方 位。設計的光學系統，易於調整照明圖樣的橫向週期到近似繞射極限的特定值， 有助於縮短影像重建時間。在照明圖案的共軛成像面(conjugate image plane)放置 快速旋轉的全相式擴散片(diffuser)，一方面抑制各個介面產生的反射光，降低背 景雜訊，另一方面提高照明圖案的空間非同調性，以利用非同調性的螢光影像重 建演算法於重建高解析的金屬光散射影像。我們成功地測量到結構照明的100 nm 金粒子光散射影像，重建的高解析影像之横向和縱向半高寬為117 和428 nm，和 一般廣視野光散射影像的結果262 和867 nm 比較，横向和縱向解析度分别提高 2.2 和2.0 倍。 此技術應用於海拉(HeLa)细胞内也得到低背景雜訊、高解析的 100nm 金粒子三維光散射影像，成功地證明本發明在生物科技的應用。 This creation is to integrate a reflective light scattering (RLS) microscope with three-dimensional structured illumination (SI) technique to provide sub-diffraction resolution and improve the image quality of metal nanoparticles in biological systems. The interference pattern of three-beam illumination is controlled by a spatial light modulator, allowing rapid and precise alternation of phase and orientation. To avoid speckle scattering, we scramble the spatial coherence of the illumination pattern at the conjugate image plane with a holographic diffuser. The reconstructed light scattering image of 100 nm gold nanoparticles reveals lateral and axial resolutions of approximately 117 and 428 nm, improved by factors of ~2.2 laterally and ~2.0 axially, respectively. We present a high-resolution image of 100 nm gold nanoparticles inside a HeLa cell. The improved performance of our SI-RLS system will be helpful to researchers employing nanoparticle-based imaging in biological systems.

備註

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