经济实惠的数字全息显微镜克服了衍射限制横向分辨率的挑战

全息显微镜是用于详细细胞分析的常用定量工具。随着高分辨率图像传感器的开发，可以以数字方式记录全息图，从而可以在不破坏细胞结构的情况下对活细胞进行非侵入性观察和分析。

数字全息 (DH) 显微镜是一种有效的无标签生物医学成像技术，可完全访问样品的振幅和相位分布。

通过开发所需的 DH 条件并将其与各种成像系统整合，可以同时研究微结构和活细胞的生化、机械和形态学特性。

平面波照明通常用于 DH 显微镜；成像装置的横向分辨率受其数值孔径和波长的限制。较短的波长源（X 射线或 UV）可以提高横向分辨率。但是，它们会损坏某些样本，包括生物组织。

具有较大数值孔径的显微镜可以实现更大的数值孔径。但是，这会导致对焦深度和工作距离有限。

结构化照明 (SI) 是一种很有前途的技术，它通过以周期性模式照亮样品来提高成像系统的分辨率。但是，这种方法非常耗时，机械振动会增加时间噪声水平。

SI 的实现将受益于公共路径几何结构，因为它可以确保参数在很长一段时间内的稳定性。

传统的 DH 显微镜系统与采用双镜头和光栅系统的 SI 方法相集成。所提出的方法是基于双棱镜干涉仪的修改后的公共路径配置。

修改后的配置允许使用光栅产生的结构光来提高 DH 技术的分辨率。它涉及传统照明 (CI) 和合成照明 (SI) 全息图的两次离轴采集。

结构光将高频分量带入可见光谱。结果，SI 全息图混合了低频和高频信息。传统照明全息图的光谱被移除，以确保 SI 全息图光谱中样品的高频分量和低频信息不重叠。

全息图的振幅是使用数值自动对焦技术和角光谱传播 (ASP) 方法计算得出的。在捕获两张图像（一张用于 CI 图案，另一张用于 SI 图案）后，对全息图的角度光谱进行数字过滤和传输，以创建样品的高分辨率图像。

通过将光盘提供的 SI 模式与菲涅尔双棱镜建立的公共路径离轴几何结构相结合，开发了一种低成本、高度稳定的成像振幅和相位分布方法，将空间分辨率提高了两倍。

标准测试样本的实验结果证实了与传统成像系统相比投影分辨率的提高，因为该方法成功地检测了细胞的双凹结构。

使用标准测试样本对横向分辨率预测进行了测试。研究结果表明，基于双棱镜的DH显微镜的SI系统的质量系数比CI-DH系统高出两倍。

集成的 SI 和双棱镜干涉仪设置需要两个全息图，而无需移动光栅，其公共路径设计为多镜头成像技术提供了非常稳定的系统。

由于光路长度紧密，双棱镜偏转的波浪强度相同，因此形成了高对比度和线性条纹，从而提高了测量的准确性。

所提出的方法忽略了二次相位因子对重建相位图的影响，使两个光束的曲率相同。因此，基于菲涅尔双棱镜的共路配置是消除不良和不相关的相位波动的有效技术。

此外，这种定量 DH 系统由于其条纹调制可调、易于安装且成本低廉，因此适用于高分辨率 3D 相位成像。

与标准 DH 显微镜相比，拟议的 DH 技术可提供高分辨率、更详细的活细胞成像。此外，它可以与各种光学显微镜连接以产生无标签的多模态成像。 $谷歌-C (GOOG.US)$ $苹果 (AAPL.US)$ $微美全息 (WIMI.US)$