基于光镊的微球超分辨成像技术研究

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普通光学显微镜空间成像分辨率受到衍射极限的制约。近年来,微纳制造和生命科学等领域飞速发展,对成像分辨率提出了更高的要求,多种超分辨显微成像技术应运而生,其中基于微球的超分辨技术凭借其无需荧光标记、成像便捷、设备简单和实时成像等优点得到广泛关注。然而,微球的可控定位和空间位置的精密操控一直是限制微球超分辨技术实用化的技术挑战。针对如何控制微球精密移动来定向扩增视野的问题,科研工作者们提出了很多解决方案,但这些方案通常需要引入额外的机械操控装置,设备复杂且价格高昂。为解决该问题,本文提出了一种新的操纵微球方法,将微球和光镊结合在一起,实现了利用较简单设备操纵微球实现纳米级定位和非接触样品成像。本文主要研究内容如下:1、综述了近年来具有代表性的几类超分辨技术方法,详细总结了微球超分辨技术的研究现状。2、阐述了微球超分辨成像和光镊产生光阱力的原理,通过仿真模拟分析微球在溶液中收到的光阱力,保证微球能够被光阱捕获,之后通过分析排除了照明光场和光镊系统相互干扰的可能性。3、进行了光镊操纵微球超分辨成像实验的前期准备工作,包括预处理被观察样品,样品微纳结构复制,样品池制作,并且分析了可能导致实验失败的一些因素,提出了预防措施和解决办法。4、开展了光镊操控下微球超分辨技术的实验研究。设计了一系列实验和仿真,分析了微球与样品表面之间的轴向距离以及微球与周围介质之间的相对折射率对成像效果的影响,最终得到使成像效果最佳的轴向距离以及微球和介质组合。利用实验室自主搭建的立式光镊系统,应用所选微球和介质组合,在选定的微球与样品轴向距离处成功实现了微球纳米级定位移动成像。
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