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Nature封面:高分辨率成像突破性进展

时间:2012-11-25 浏览次数:1508

摘要:

来自荷兰屯特大学MESA+ 研究所的研究人员成功实现了这一点,研究组扫描了一种能照亮不透明散射的激光束的一角,从而利用激光穿过散射介质时所产生的有斑点的强度图案中的关联性,通过计算机记录荧光量,并根据不同角度的数据进行计算。

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近年来科学家们发展了不少强大的工具可以通过小部分直射光成像,但是迄今为止,还没有实现*散射光的物体成像,而这对于生命科学尤为重要。近日由Allard Mosk博士领导,来自荷兰屯特大学MESA+ 研究所的研究人员成功实现了这一点,研究组扫描了一种能照亮不透明散射的激光束的一角,从而利用激光穿过散射介质时所产生的有斑点的强度图案中的关联性,通过计算机记录荧光量,并根据不同角度的数据进行计算。

对此,Mosk博士指出,“虽然荧光强度无法直接构成一张图片,但是这样能获取这些加密情况下的信息。文章的*作者,两位年轻科学家想到了一个高招,能鉴别出这些加密信息是否足以构建图像,并且由此找到了聚合足够多信息的方法“,这种方法是一种计算机程序,程序能在开始时猜测丢失的信息,然后进行测试,完善猜测。zui终他们成功地获得了一个50微米大小荧光物体的图像——50微米正是一个典型细胞的大小。

类似皮肤,纸张和毛玻璃之类的材料看上去不是透明,这是因为它们会令光线散射,在这样的材料里,光线不是在一条直线上移动,而是沿着不可预测的不稳定路径前行。因此也就不可能获得这种材料背后隐藏物体的清晰图像。

Nature封面:高分辨率成像突破性进展

(a.检测对象是用荧光墨水写的希腊字母“π”,前面放置有一个强散射玻璃光漫射屏;

b.利用激光束从不同角度投射到漫射屏同一位置,检测物只产生弥散的荧光;

c.计算机记录下激光束不同角度所激发的荧光强度,看似随机的模式好像与检测物无相似之处;

d.之后计算机搜索检测模式的相似处,计算出检测物真实形状。)

研究人员希望他们的这项工作能用于研发新型显微技术,帮助研究人员在强散射环境中获得高分辨率的图像,MOSK博士表示:“这对于纳米技术非常有用。我们希望能发现复杂环境中的结构,比如计算机芯片“,同时研究人员想将这一方法延伸到人体皮肤研究上, “但目前而言”,MOSK博士说,“我们的方法还是太慢了。”

不过在这项研究中,研究人员还是成功的通过这种迭代算法,将目标的空间信息和斑点图案分开,获得了藏在散射层之后细胞荧光目标,以及夹在两个不透明屏幕之间的一个复杂生物样本的详细图像。这一研究突破公布在2012年11月8日的Nature封面上。

原文摘要:

Non-invasive imaging through opaque scattering layers

Non-invasive optical imaging techniques, such as optical coherence tomography, are essential diagnostic tools in many disciplines, from the life sciences to nanotechnology. However, present methods are not able to image through opaque layers that scatter all the incident light. Even a very thin layer of a scattering material can appear opaque and hide any objects behind it. Although great progress has been made recently with methods such as ghost imaging and wavefront shaping, present procedures are still invasive because they require either a detector or a nonlinear material to be placed behind the scattering layer. Here we report an optical method that allows non-invasive imaging of a fluorescent object that is compley hidden behind an opaque scattering layer. We illuminate the object with laser light that has passed through the scattering layer. We scan the angle of incidence of the laser beam and detect the total fluorescence of the object from the front. From the detected signal, we obtain the image of the hidden object using an iterative algorithm. As a proof of concept, we retrieve a detailed image of a fluorescent object, comparable in size (50 micrometres) to a typical human cell, hidden 6 millimetres behind an opaque optical diffuser, and an image of a complex biological sample enclosed between two opaque screens. This approach to non-invasive imaging through strongly scattering media can be generalized to other contrast mechanisms and geometries.

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