黑场显微镜让单个颗粒实现无标记光学显微成像

3月21日记者从中国科学技术大学获悉，黑场该校物理学院张斗国教授课题组，显微学显像提出并实现了一种基于矢量光场调控原理的镜让记光动量空间偏振滤波器件。科研人员将该滤波器件安装于传统无标记光学显微镜的颗粒出射端，就可以对出射光场的实现背景噪声进行高效抑制，进而采集到单个纳米尺度物体的无标微成高对比度、高信噪比光学显微图像。黑场研究成果日前在线发表在综合性学术期刊《美国国家科学院院刊》。显微学显像

单个纳米尺度物体精准表征，镜让记光在基础科学研究与工业应用方面均具有重要意义。颗粒一直以来，实现无标记光学显微成像技术被广泛应用于微观物体的无标微成成像与传感研究。但对于空气中单个纳米尺度物体来说，黑场其光散射强度随其粒径呈6次方的显微学显像衰减关系，因此其散射光信号强度远弱于背景噪音，镜让记光从而导致常规无标记光学显微镜难以实现单个纳米尺度物体的高对比度、高信噪比成像，更难以实时记录其演化过程和运动轨迹。

为了解决这个问题，张斗国教授课题组设计并实现了一种动量空间偏振滤波器件，它可在动量空间进行矢量场偏振调控，大幅度过滤、抑制各类背景噪声，只有单个纳米尺度物体的光散射信号能透过该滤波器件，被探测器采集到，从而实现了单个纳米尺度物体的高对比度、高信噪比的成像探测，实现无需图像后处理，实时呈现单个颗粒物的无标记、宽场光学图像。

作为一种应用展示，该动量空间偏振滤波器件被加载到传统全内反射显微镜（TIRM）的出射端，用于单个纳米尺度物体的成像与传感。加载该滤波器后，TIRM被转化为黑场光学显微镜 (BFM)，相对于常规的无标记暗场光学显微镜，BFM具有更低（更黑）背景噪音，更高探测灵敏度。利用BFM，可以实时拍摄到单个蛋白质分子、金纳米颗粒、钙钛矿纳米晶体的高信噪比与高对比度光学显微图像。

研究人员表示，该研究所发展黑场显微镜为单个纳米颗粒的分析提供了新平台，有望在生物学、物理学、环境科学和材料科学等领域得到广泛应用。

（中国科大供图）