无透镜成像实现低成本的生物成像和疾病诊断

　　无透镜成像是模拟光子从一个物体回到探测器的路线，而不是在传播过程中被透镜改变方向，这在理论上可以实现更小更轻的成像平台。研究人员研究了各种策略，包括时间分辨探测和衍射图样分析，用这种方式重建图像而不需要传统透镜。其中一种可行的方法是使用光学掩模，用相位或振幅掩模板替换镜头，把它放置在短距传感器的前面。掩模板将实物场景中的每个点成像到多个传感器像素点，从而间接编码图像信息，然后通过演算法重建图像。

 

　　Pennsylvania State University的一个项目演示了基于微粒子的掩模板如何加快这一过程。掩膜版可动态重新配置，它可以帮助其应对其复杂过程并实现多镜头图像的重建。这项工作报道在《ACS Nano》上。

 

　　“我们并不是做无透镜成像的唯一团队，”来自Pennsylvania State University的Jennifer Miller评论道。“我们工作跟传统的做法有所不同。通常来说，获取多重图像需要制作多个掩模板，并且要不停的移动它们。这不仅笨重且昂贵，还丢失了一些简洁性，而这恰恰是无镜头成像的优点。”

 

　　这个研究团队的新方法是设计一种基于金纳米线的散射掩模板。纳米线将平面电极连接在一起，然后把掩模板放置在要成像的物体附近。掩模板散射从物体上反射回来的光束，然后图像传感器收集散射的光束。电流重新排列掩模板上纳米线的分布，每次迭代都会有效地生成新的掩模板，系统会记录每个新图像。多重光被捕获，然后用计算机重新生成原始物体的图像。相比传统的无透镜方法，这大大改善了分辨率和图像质量。研究团队在其发表的论文中指出，“无序的粒子分布通过合理的应用电场进行调节，而无需笨重或昂贵的组件。”

 

　　无透镜显微镜和高分辨率成像

 

　　“传统的掩模板是无源的，”来自Pennsylvania State University的Cheng-Yu Wang评论道，“我们可以为纳米线增加功能，比如极化、选择性和等离激元效应，这些功能使我们的成像系统更加强大。” 在试验中，该项目测试了其金纳米线结构的多个不同配置参数，并测量了相位失真多重图像的结构相似性来评估平台的性能。 “通过利用粒子的亚微米厚度和由此产生的光学记忆效应，研究人员演示了 +/- 45 度角的视野，” 该团队在论文中评论道，“粒子阵列可重新配置的特性可以实现多镜头重建，从而增强图像质量，将信噪比提高到10 倍。”

 

　　Pennsylvania State University团队的结果表明，可重新配置的粒子掩模板可能是实现动态可调光散射的一种广泛而且适用的方法，这在无透镜显微镜或高分辨率成像中具有潜在的应用。这可以将广角视野与高倍放大率相结合, 从而有可能在没有高端显微镜的发展中国家实现低成本的生物成像和更快的疾病诊断。