物理学院王健副教授在新型生物光学显微成像技术方向取得重要研究进展

哈工大报讯（物理/文）7月13日，我校物理学院王健副教授在最新一期国际光学权威期刊《Optica》上以“Airy-beam Tomographic Microscopy（艾里光束层析成像显微镜）”为题发表最新研究成果，提出一种基于艾里光场的新型无扫描、高分辨、三维显微成像技术ATM，并成功应用于生物细胞成像。《Optica》是美国光学学会(OSA)的旗舰期刊，王健副教授是论文第一作者和共同通讯作者。

高斯分布光场经过频域调制后可以产生具有无衍射、自修复、自加速特性的艾里光束。光束的无衍射特性有助于提升光学成像的分辨率；自修复特性可降低光束透过介质的散射影响，提高成像信噪比；自加速特性可实现光束在自由空间的横向自弯曲传播。将上述特性综合应用，该团队提出一种独特的基于二维投影图像重建的三维显微成像方法ATM（见图1），仅通过改变调制器上的图案，即可以重建高分辨三维目标图像，无需机械扫描。

图1 ATM成像原理

ATM成像过程包括艾里光束的传播调控、PSF调控以及投影重建算法等多项创新技术，通过频域的Chirp处理增大焦面单侧方向的传播距离，抑制光束旁瓣对成像分辨率的影响。粒子成像实验表明，在40倍物镜下该技术的横向分辨率为400-700nm，深度分辨率1-2微米。文章中利用该技术对小鼠肾细胞中的肾管和肾小球进行了观测（见图2），相比于传统z扫描成像技术，ATM技术具有信噪比高、无需机械扫描即可实现深视场（10微米以上）成像等优势。结合艾里光束三维重建成像算法，ATM横向分辨率接近光学衍射极限，深度方向实现超分辨。该技术有望在其它三维成像技术中获得应用。

图2 （a）肾管的传统z扫描成像；（b）肾管的ATM成像；（c）、（d）肾管ATM成像三维结构图和切面图；（e）肾小球的双色z扫描成像（上568nm；下488nm）；（f）肾小球的双色ATM成像（上568nm；下488nm）；（g）双色合成图像；（h）图（g）中管状结构放大图；（i）、（j）、（k）管状结构三个维度的半高宽图。

    文章链接：https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-7-7-790