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特殊光学成像技术
资料介绍
技术概述
特殊光学成像技术是相对于传统光学成像而言，突破了普通光学成像的衍射极限、深度局限、对比度限制等固有瓶颈，能够实现对常规成像无法捕捉的微观结构、深层组织、低对比度样本进行高分辨、高灵敏度观测的一类成像技术的统称。传统光学成像基于几何光学原理，通过透镜组对物体反射或透射的可见光进行聚焦成像，存在三大核心局限：一是受衍射极限限制，分辨率最高只能达到入射光波长的二分之一左右，约200nm，无法观测低于这个尺度的亚细胞结构；二是成像深度有限，对于散射较强的生物组织，常规成像只能观测表面百微米以内的结构，深层组织信号被散射干扰无法成像；三是对比度依赖样本本身的光吸收差异，对于透明、低吸收的生物样本，对比度极低无法清晰分辨结构。
特殊光学成像技术通过改变照明方式、利用非线性光学效应、信号分离重构、超分辨重构算法等不同技术路径，突破了上述局限，目前已经成为生命科学、材料科学、环境监测、医疗诊断等领域的核心观测工具。
主要技术分类与原理
超分辨光学成像
超分辨光学成像技术的核心目标是突破阿贝衍射极限，实现几十纳米尺度的超高分辨率成像，主要分为以下四类主流技术：
1. 受激发射损耗显微镜（STED）：STED属于基于非线性光学效应的扫描型超分辨技术，原理是采用两束激光，一束是激发光，聚焦后激发样品区域的荧光分子产生荧光；另一束是环形的损耗光，通过受激发射损耗效应，让环形区域的荧光分子回到基态，只保留中心区域小于衍射极限范围的荧光分子发光，通过扫描整个样品区域即可得到超高分辨率图像，分辨率可以达到20-50nm，能够实现活细胞动态观测。
2. 随机光学重建显微镜（STORM）/光激活定位显微镜（PALM）：这两类都属于单分子定位超分辨技术，原理是利用光可切换荧光分子，通过多次激活、猝灭循环，每次只让少量分散的荧光分子发光，通过定位每个单分子的中心位置，再将所有分子的位置信息叠加重构出完整的超分辨图像，分辨率最高可以达到10nm左右，适合固定样本的超高分辨结构观测。
3. 结构光照明显微镜（SIM）：SIM通过周期性的条纹结构光照明样品，利用莫尔条纹效应放大样品的高频信息，通过多次不同方向的结构光照明采集图像，再通过算法重构出超出衍射极限的图像，分辨率可以达到100nm左右，成像速度快，对光毒性低，非常适合活细胞的动态超分辨成像。
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| 1784163651特殊光学成像技术.docx | 16K |
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