基于超表面的太赫兹复用成像

提出了一种基于单层超表面的太赫兹复用器件。该器件基于PB(back propagation)相位理论、广义斯涅耳定律以及马吕斯定律,实现了空间分复用成像。计算结果表明,所设计的器件能将一束线偏振入射光离轴出射,并产生多通道的复用图像。该器件的研究对拓展THz波段的高分辨成像、多通道信息传输等功能具有重要意义。

光学复用大视场成像研究

为了简化光学复用成像系统复杂度和降低对编码方式的要求,基于反射镜旋转完成通道编码,构建了结合分束镜和光学成像系统实现双通道混叠成像的实验装置.为实现混叠图像的有效解混叠,提出了利用特征点检测与匹配方法实现多幅混叠图像之间平移量的自动识别,进而构建出具有亚像素精度的双通道光学复用成像系统的系统复用矩阵,并采用梯度投影稀疏重建算法完成基于多幅图像的双通道图像重建,最终实验实现了光学成像系统视场角的2倍放大.此外,对所提方法在其他场景的适应性也进行了实验验证,表明了其可在不改变焦平面探测器的情况下实现光学成像系统视场角的有效放大,大大节约了大视场光学成像系统的研制成本.

生物医学中的化学成像:光学显微镜的下一个研究前沿

光学显微镜的技术革新将极大地改变生物系统的研究方式。虽然荧光显微成像是目前细胞成像的首选方法,但在"组学"时代,荧光探针分子量过大且通常不能应用于5种颜色以上的标记和成像,其应用受到极大的限制。因此提出了两种化学成像策略。首先,设计了一种适于探测生物小分子动力学的活细胞生物正交化学成像平台。该方案将新兴的受激拉曼散射显微镜与微小的拉曼探针(例如炔烃、腈和包括2H和13C的稳定同位素)结合,并应用在众多生物医学研究中,如脂肪酸代谢和毒性、葡萄糖摄取和代谢、药物传输、脑内蛋白质合成、DNA复制、蛋白质降解、RNA合成和肿瘤代谢等。其次,发明了一种超多路复用光学成像技术。开发了电子预共振受激拉曼散射(EPR-SRS)显微镜,实现了优良的振动选择性,具有高的通用性和灵敏度。化学上,创建了由独特的新型染料组成的振动调色板,结合共轭和同位素编辑的三键,在拉曼频谱寂默窗口具有良好和单一的拉曼峰。目前可标记24种不同的颜色,并具有进一步扩展的巨大潜力。使用这种方法,监测了培养神经元和脑组织中的DNA及蛋白质的代谢。这种超复用光学成像方法有望促进复杂生物系统中相互作用关系的解开,并且可以在光子学和生物技术中找到更广泛的应用。

多炔彩虹探针在生物学研究中的应用与展望

多炔彩虹探针(Carbow)是一种基于聚炔支架的超多路复用拉曼探针,通过受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)显微技术可以对振动频率不同的20余种彩虹探针分子进行区分。利用探针分子的特异性修饰,Carbow可以对活细胞内的多种细胞器,以及蛋白质和脂质等大分子进行同时成像。多炔分子的高光稳定性与低细胞毒性结合SRS的多通道光学检测将使Carbow在生物学领域具有巨大的应用潜力。该文综述了基于SRS平台的拉曼标记技术和Carbow的设计合成原理与优势,并对Carbow在活细胞中不同细胞器的特异性标记成像以及在细胞与组织免疫染色、细胞分选与高通量分析中的生物学应用进行总结。最后,对拉曼标记技术的提升改进及其在植物学领域中的应用进行了展望。