基于SiO2微球顆粒的成像研究

韓笑++楊俊杰++賴雪++單新治++隋國榮

摘要：

遠(yuǎn)場顯微成像是近年來的研究熱點(diǎn)，而微球顆粒在遠(yuǎn)場成像中具有一定的放大作用。針對這種現(xiàn)象，通過對微球顆粒的分離，對單個微球顆粒的成像特性進(jìn)行了理論研究。實(shí)驗(yàn)表明，利用一定尺寸的二氧化硅微球顆粒，可以使遠(yuǎn)場顯微鏡的分辨率提高一倍。在尼康顯微鏡下，利用普通鹵素?zé)艄庠?、二氧化硅和相?yīng)的增強(qiáng)介質(zhì)，對1 200線的光柵實(shí)現(xiàn)了近一倍的放大成像效果，證實(shí)了微球顆粒的遠(yuǎn)場顯微成像能力。

關(guān)鍵詞：

遠(yuǎn)場超分辨成像； 二氧化硅微球； 解團(tuán)聚； 成像放大

中圖分類號： TN 205文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.05.011

引言

隨著21世紀(jì)的科技發(fā)展，人類對顯微成像提出了更高的要求。尤其在生命科學(xué)、納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，對百納米尺度下的觀測、操縱和加工等提出了更高的要求。早在1873年，Abbe利用衍射理論提出了衍射分辨極限，指出了遠(yuǎn)場光學(xué)顯微鏡的分辨率受限于衍射效應(yīng)和數(shù)值孔徑。為了提高分辨率，科學(xué)界提出了近場掃描的顯微成像模式，其中包括電子掃描顯微鏡和光學(xué)掃描顯微鏡。這些顯微鏡技術(shù)不受衍射極限的限制，實(shí)現(xiàn)了納米甚至亞納米的分辨率。但是這些近場掃描技術(shù)也存在一些弊端而無法廣泛使用到生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。作為生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛使用的遠(yuǎn)場顯微成像技術(shù)，提高分辨率通常有兩個方法：其一是盡可能選擇短的照明波長，如紫外光、X射線等；其二是提高數(shù)值孔徑。前者對生物細(xì)胞容易產(chǎn)生影響，且不容易控制；后者則受限于工藝，因此傳統(tǒng)遠(yuǎn)場顯微成像技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)在普通可見光下的百納米超分辨成像。為此，科學(xué)界又先后提出了多光子吸收超分辨技術(shù)、受激發(fā)射損耗顯微技術(shù)、隨機(jī)光學(xué)重建顯微技術(shù)、飽和激發(fā)、結(jié)構(gòu)光照明顯微技術(shù)、熒光激活定位顯微技術(shù)和各種超透鏡顯微技術(shù)等多種遠(yuǎn)場顯微成像技術(shù)，并取得了一定的進(jìn)展，為遠(yuǎn)場超分辨成像提供了可能。隨著對工藝和理論的研究深入，有學(xué)者提出了利用二氧化硅微米球顆粒進(jìn)行超分辨成像技術(shù)，該技術(shù)可以在600 nm可見光的照射下，通過在樣品表面鋪撒二氧化硅微球顆粒從而實(shí)現(xiàn)λ/10的遠(yuǎn)場分辨率。該技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，但其理論以及實(shí)驗(yàn)工藝還存在一定的研究空間。

在完成了二氧化硅顆粒解團(tuán)聚的基礎(chǔ)上，本文通過實(shí)驗(yàn)研究了微米球?qū)? 200線光柵表面微結(jié)構(gòu)的成像特性。

3結(jié)論

通過對相關(guān)文獻(xiàn)的研究，建立了理論模型并進(jìn)行了分析。在實(shí)驗(yàn)中，首先完成了團(tuán)聚顆粒的解團(tuán)聚，使顆粒保持了很好的物理及化學(xué)特性。在此基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行了干燥微球超分辨成像技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)沒有達(dá)到預(yù)期的理論效果。通過對工藝和浸潤介質(zhì)的研究，以及對成像特性進(jìn)行了深入分析，利用無水乙醇進(jìn)行倏逝波的增強(qiáng)，獲得了與理論相符的成像效果，同時通過比對，得到了比文獻(xiàn)[27]中同種尺寸下更好的成像效果，為后期更小尺寸的研究打下了基礎(chǔ)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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（編輯：劉鐵英）