科學家展示無標記超分辨率顯微技術

研究人員開發了一種新的測量和成像方法，可以解析小于光衍射極限的納米結構。光與標本相互作用后，新技術可測量光強度以及光場中編碼的其他參數。圖片來源：約爾格·S·艾斯曼/奧地利格拉茨大學

在國際光學出版集團的高影響力期刊《光學》上描述的這種新方法，是對激光掃描顯微鏡的改進，它使用強聚焦激光束照射標本。研究人員擴展了這項技術，不僅可以測量光與被研究標本相互作用后的亮度或強度，還可以檢測光場中編碼的其他參數。

“我們的方法可幫助擴展用于研究各種樣品中納米結構的顯微工具箱。”研究小組組長彼得·班澤說，“與基于類似掃描方法的超分辨率技術相比，我們的方法是完全非侵入性的，這意味著它不需要在成像前向標本中注入任何熒光分子。”

研究表明，新方法可測量金納米顆粒的位置和大小，精度為幾納米，即使在多個顆粒接觸的情況下也可做到。

在激光掃描顯微鏡中，光束在樣品上掃描，并測量來自樣品的透射光、反射光或散射光。大多數顯微方法測量來自樣品的光強度或亮度，但大量信息存儲在光的其他特性中，例如它的相位、偏振和散射角。為了捕捉這些額外信息，研究人員檢查了強度和偏振信息的空間分辨率。

研究人員表示，光的相位、偏振和強度，在空間上都會發生變化，這種變化方式包含了與之相互作用的樣品細節，然而，如果只在相互作用后測量總體光功率，那么大部分信息都會被忽略。

研究人員研究了含有不同大小的金屬納米顆粒的簡單樣品，通過掃描感興趣的區域，然后記錄傳輸光的偏振和角度分辨圖像展示了這種新方法。他們使用一種算法對測量數據進行評估，該算法創建了一個粒子模型，模型可自動調整，以盡可能精確地模擬測量數據。

班澤說，盡管這些顆粒及其距離比許多顯微鏡的分辨率極限要小得多，但新方法能夠解決這一問題。更重要的是，該算法能夠提供有關標本的其他參數，如顆粒的精確大小和位置。