基于数字全息显微技术的生物细胞动态定量测量

对生物细胞的动态测量已长期停留在定性观察的基础上。细胞作为透明样本,其透射光程长具有与细胞形态、细胞质浓度线性相关的特点,因此可定量反映细胞的生命状态。数字全息显微技术能够快速获得样本的定量动态光程长信息,并且不会对样本造成损害。本文利用透射式数字全息显微系统对海拉细胞和大肠杆菌进行动态观察,获取透射光程长,分析光程长信息与生命过程的映射关系,为探索环境对生物细胞的影响提供一种新型的定量测量手段。

基于参考透镜法的数字全息显微相位畸变校正技术

建立了数值与物理方法结合的参考透镜法,对离轴数字全息显微系统进行畸变相位校正.对离轴全息图进行频谱分析,通过频谱滤波、移位的数值方法对一次相位畸变进行校正.在参考光路中引入参考透镜,根据频谱中心能量判别参考透镜的轴向最佳位置,利用物理方法对多次相位畸变进行校正.在相位校正理论分析的基础上,结合实验用参考透镜法验证其有效性和准确性.微台阶表面形貌测量结果表明,参考透镜法能够准确校正相位畸变,通过校正的相位可以获取44nm标准微台阶形貌数据,测量标准差能够达到0.8nm,且测量结果与轮廓仪测量结果一致.表明参考透镜法能够有效、准确地校正离轴数字全息显微系统的畸变相位.

基于数字全息显微的微粒三维位移跟踪测量技术

提出一种基于离轴数字全息显微的技术,用于测量液态环境中微粒的三维位置。该技术采用透射式离轴数字全息显微系统,测量方法结合了光程长(OPL)差分算法和去条纹法。利用光程长差分算法定位微粒内部两点间光程长差分曲线拐点的位置,追踪微粒的轴向位移;对离轴全息图使用去条纹方法,即频域滤波结合Hough变换,获取微粒的横向二维位移。进行轴向测量时,与传统数字全息追踪微粒位移的技术相比,光程长差分算法仅用两点光程长相对运算代替面的运算,提高了测量效率,且不需要对微粒进行自动聚焦,微粒的位置也不受离焦面的限制。对微粒进行纳米级三维位移操纵,实验结果表明光程长差分算法结合去条纹法对液态环境中微粒的三维位移测量分辨能力能够达到纳米量级。