亚微米分辨率的高速全息荧光显微镜系统

图1 已开发的用于无扫描3D的高速全息荧光显微系统的概述

  国立信息通信技术研究所（NICT），东北大学，横滨Toin大学和日本科学技术署（JST）已成功开发出亚微米分辨率的3D无扫描高速全息荧光显微系统。该系统是基于数字全息术。

  开发的显微镜系统具有一种算法，可在不到1毫秒的时间内获取荧光对象的3D信息，实现无扫描的3D测量。使用该算法已经证明了具有亚微米分辨率的无扫描3D感测和彩色多路全息荧光成像。显微镜系统将以实现不相干光对标本的全息3-D运动图像检测为目标而进一步开发。

  这项成就在2021年1月29日以开放获取的形式发表在《光学快报》上。

  图1所示的无扫描高速全息荧光显微系统是基于数字全息技术构建的，适用于感测非相干光，例如荧光和自然光。所开发的算法可以采用相位调制器来生成两个相位值，如此望提高测量速度。使用直径为0.2微米的荧光物体成功地证明了3-D空间的亚微米分辨率。

  图2中显示的实验结果表明，开发的显微镜系统可实现对纳米粒子的3-D感测，并且在3-D空间中具有定量的亚微米分辨率。通过将算法与硅铁电液晶（FLCOS）或电光（EO）器件配合使用，可在不到1毫秒的时间内完成无扫描3-D测量。通过将所提出的算法与计算相干叠加（CCS）相结合，还证明了采用该算法的彩色多路全息荧光成像技术，并且仅进行了四次曝光。通过算法减少了曝光次数，即使对于最终的弱光，每个全息图的光子数量也会增加。

左上：3D感测直径为0.2微米的荧光粒子的实验结果。

右上方：紫色箭头标记的重建粒子的x-z图像。

左下：沿x和y轴用紫色箭头标记的粒子图。

右下：沿z轴用紫色箭头标记的粒子图。