单发高通量相位成像多波束阵列干涉显微镜

       空间带宽积(SBP)通过计算最大视场(FOVs)中最小可分辨点的数量来表征成像系统的吞吐量。对于数字显微镜来说，它的SBP基本上受到物镜和探测器的限制。虽然现代物镜提供了一个高SBP(约5 ~ 35个百万像素)，但由于大多数商业图像传感器的像素数量有限，只有一部分通过光学系统传输的信息可以被采样或数字化。由于物镜与光电传感器之间的不匹配而造成的SBP间隙一般是通过将有效像素大小与光学分辨率相匹配来弥补的，从而造成FOV的减少。例如，20物镜(632 nm波长下，0.8 NA, 26.5 FN, 约2380万像素的SBP)和商业CMOS传感器(如1024×1080, 约130万像素)的组合会浪费90%的物镜视场。这一差距限制了许多需要大规模高分辨率成像的生物医学应用，如数字病理学、细胞检测、和成像流式细胞仪。

       近日，德国慕尼黑工业大学测量系统与传感器研究所Jie Dong等人报告了多波束阵列干涉显微术(MAIM)的单发高空间带宽产品。该MAIM方法克服了传统数字全息显微镜的局限性，提供复杂的场重建，在单摄像机采集中最大增加5倍视场(FOV)，同时保持亚纳米光程长度的稳定性。这是通过集成共路全息显微技术、多波束干涉技术和全息复用技术来实现的。MAIM的时间分辨能力明显高于计算照明显微镜。与全息多路复用技术相比，MAIM的主要优势在于它集成了更多的波前并提供了高时间稳定性。此外，研究人员从理论上分析了MAIM的基本原理。作为演示实验，研究人员还搭建了MAIM的原型机，将FOV分别增加5，4，3倍。总的来说，改工作展示了自然和人工样品的MAIM成像的概念证明结果，并阐述了生物医学应用，如在体外流动的活红细胞中监测亚细胞动力学现象，以及对未染色的肿瘤组织切片进行无标记微折射成像。MAIM能够以高通量对体外未染色活样品的纳米尺度动态进行(超)快速或长期(延时)成像。相关研究工作发表在《ACS Photonics》上。（丁雷）

       文章链接：Jie Dong et al, Single-Shot High-Throughput Phase Imaging with Multibeam Array Interferometric Microscopy, ACS Photonics(2021).  https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c01124.