相位显微方法国内外研究现状(2)
时间:2017-06-10 11:25 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
图1-5 DPM装置图 另外，加州大学洛杉矶分校的A. Ozcan研究小组采用数字全息光学芯片技术进行生物细胞的实时观测、计数和识别等 ；伊利诺伊大学香槟分校的G. Popescu研究小组也正在进行生物细胞的显微干涉测量研究 。以上研究把细胞看成是一个纯的相位物体，然后进行定量的光学显微干涉成像，这类方法只可定量得到细胞样品的二文相位投影图像，不能给出可描述细胞全貌的三文形态。 1.2.2定量显微技术在细胞三文形态检测的应用 为了描述细胞全貌的三文形态，国际上提出了对细胞样品进行光学显微层析的方案，例如麻省理工学院的M. Feld研究小组将光学外差干涉与光束旋转扫描相结合获取多方向相位投影数据，并成功实现了宫颈癌细胞折射率三文分布的定量显示，该工作公布于2007年的Nature Method杂志上，引起研究同行的高度重视 ；同年，日本香川大学的研究小组利用光镊控制细胞旋转，结合光学干涉获取多方向相位投影数据，重建了单细胞内部的折射率空间分布 这些方法考虑细胞样品是一个透明相位物体，以折射率的三文分布为基础给出细胞样品的三文形态，把计算机层析技术（CT技术）引入到细胞形态的三文显示中。下面具体介绍几个研究。 麻省理工学院电子工程与计算机科学系在2007年的Nature Methods杂志上，报道了基于激光外差干涉系统通过旋转入射光角度来测量活生物细胞三文折射率空间分布的技术 ，其实验装置如图1-6所示。该研究中，明确指出测量三文折射率分布的基本要求就是获取样品的多方向平行投影数据。为了证明实验装置的合理性，他们首先对浸入油中的 的聚苯乙烯水珠进行了三文折射率分布测量实验，测试结果显示聚苯乙烯水珠和其外围物质的折射率差为 ，这个数值与实际数值 非常的符合，这也证明了其实验装置的可靠性。在此基础上，他们还实验中发现并不是每个细胞的折射率分布都是中心比四周高，这与大家常识正好相反。在实验中，他们测得某种样品细胞的中心细胞核部分的折射率为 ，而周边区域的折射率 。此后，他们还利用该套装置，成功观测到了活细胞内部的生理变化过程，做到了几乎实时测量，每获一幅层析图像的时间不到 。 图1-6 麻省理工学院电子工程与计算机科学系提出的基于激光外差干涉系统通过旋转入射光角度来测量活生物细胞三文折射率空间分布的技术 图1-7 实验中样品细胞的折射率分布图 一般的技术很难得到类似于细胞这样的小尺寸样品360度各个角度的投影。而日本香川大学的Toshiki YASOKAWA和Ichirou NISHIMARU等提出了一种获取多方向投影数据的新方法 ，如图1-8所示。它将光镊（Optical Tweezers）技术和具备移相功能的马赫曾德干涉仪相结合，形成多方向投影数据的获取装置。在实验上，获得了细胞的三文折射率分布图。其主要创新之处在于：它突破了传统OCT系统的观测角度受显微物镜数值孔径限制的局限，实现了 范围的光学投影测量，避免了因数据不完全引起的三文重建误差问题。图1-9给出了利用该实验装置对乳癌单细胞进行测量重建的测量结果，其中a，b，c分别是距离细胞外围表面 ， ， 处的图像。 图1-8 360度全方位角投影装置：图中红光为检测光，使用绿色激光作为光镊，控制细胞的运动，使装置能够在细胞360度方向进行投影测量。 图1-9 乳癌细胞在不同深处的折射率分布图 美国加州理工学院的C. Yang研究小组引入微流技术对生物细胞进行超分辨成像 。这种宽视场显微成像技术,亚像素角度全面扫描显微，不带光学镜头，只有芯片大小。这种技术可以自主地呈现增长或融合的细胞培养的显微图像，只需直接把培养细胞放在CMOS图像传感器表面上。能为细胞培养实验建立智能培养皿平台，被称为ePetri。利用常见廉价的高性能图像传感器芯片，提供了一个低成本、自动化显微镜的生产方案。与两个主要类型的无透镜显微镜方法、光流体显微镜和数字同轴全息显微,这种新方法是能处理细胞培养物中或任何样品细胞相连。样品图像区域为6mm×4mm,分辨率为660 nm。可以将此方法应用到成像染色细胞培养和成像追踪细胞培养箱细胞的增长。方法可以追踪在整个传感器表面胚胎干细胞的分化。智能的培养皿基于此技术可显著简化,提高细胞培养实验，减少人类劳动和污染的风险。为了提高分辨率，产生一个密度较小的“虚拟”的像素网格。持续移动光源，样品细胞在传感器像素点上的阴影也随之移动。将这低分辨率图像用像素的超分辨率算法重建成稿分辨率图像。 (责任编辑：qin) |