光学表面微缺陷的高对比度暗场成像检测方法

提出了一种新型的暗场显微成像方法(环状孔径显微术,Circular-Aperture Microscopy,CAM)用于光学加工表面的缺陷检测。该方法的关键在于,在CAM物镜中心放置一个遮挡片用于消除照明直射光的影响,而缺陷的散射光能够通过物镜的环状透射区域形成高对比度的图像。对划痕和麻点标准比对板、分辨率测试板、微粒悬浊液等样品的成像结果表明,CAM具有原理简单、对比度高、分辨率高、精度高的优势,能够为光学表面加工中的缺陷检测提供一种有效的方法。

适用于暗场生化传感系统的微流控芯片的研制与验证

为了提高暗场检测的效率、获取高质量的传感信息,基于实验设备的物理尺寸以及实验环境,通过COMSOL Multiphysics仿真,并采取键合工艺,研制了一种适用于暗场生化传感系统的微流控芯片。该芯片可在同一暗场视野下观察到四个反应区域,实现对多种样品的并行检测。同时由于该设计的连通性,四个反应区域可以两两进行精确对照,对样本检测结果进行定性定量对比。实验中,在暗场显微成像系统下捕获到微流控芯片通入各反应区域的传感单元纳米粒子,测出散射光谱,验证其可行性。暗场显微成像系统和微流控芯片的结合,实现了自动化、集成化的实时原位并行检测,极大地提高了实验效率。

应用于局域表面等离激元共振扫描显微探针的球形Au@Ag纳米粒子的合成及介电敏感性检测

局域表面等离激元共振(LSPR)显微探针的检测灵敏性主要取决于针尖上修饰的纳米粒子的LSPR性质.本文采用阴离子辅助法,在水溶液中通过调节Au核与Ag+的物质的量之比,实现Au核上不同厚度的Ag壳层包覆,可控地一步合成均一性好、银壳层较厚(≥10 nm)的核壳比不同的球形Au@Ag纳米粒子.通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及扫描透射电子显微镜X射线能谱(STM-EDS)线扫描分析对不同核壳比的Au@Ag纳米粒子进行形貌组成表征,证实了所合成核壳结构的可控性.将不同核壳比的Au@Ag纳米粒子置于不同折射率溶液中进行纳米粒子介电敏感性的研究,表明7.5 nm Au@28 nm Ag的纳米结构具有最高的品质因子.同时将不同核壳比的Au@Ag纳米粒子置于不同折射率的非导电性基底上进行单颗纳米粒子散射性质的研究,结果表明7.5 nm Au@28 nm Ag纳米粒子适合作为LSPR显微探针的高检测灵敏性纳米结构之一.

暗场聚光镜-水浸物镜联在细胞成像上的初步应用

传统的细胞成像方法在准备工作中需要对细胞进行多步操作,对细胞的实时成像较难以反映真实生长环境中的活细胞.本实验引入了一种高数值孔径的油浸暗场聚光镜与无盖玻片水浸物镜联用来进行高分辨率实时成像的方法.为了尽可能地减少细胞操作步骤,本实验采用水浸物镜直接伸入到培养皿中的PBS(磷酸缓冲生理盐水)或培养基中的方法取代传统的细胞爬片与细胞滴片操作,来得到贴壁培养与悬浮培养细胞的实时暗场图像.用这一系统观察PBS里的贴壁细胞能得到较好的暗场成像效果,观察培养基中悬浮细胞可得到细胞图像,但视野过亮.这一组合的光学系统简便易行,成本低廉,可广泛用于细胞相关的科研工作中.

基于涡旋光照明的暗场数字全息显微方法研究

提出了一种基于涡旋光照明的暗场数字全息显微方法.从理论上阐述了涡旋光环形照明原理和暗场数字全息显微原理,分析了涡旋光的准无衍射特性对成像的影响;搭建了相应的数字全息显微成像系统,采用690 nm的聚苯乙烯小球作为实验样品;最后通过对小球明暗场下数字全息显微再现像的分析对比,证明该方法可以有效地提高数字全息系统的分辨率,同时增强了再现像的对比度.

光学元件表面浅划痕长度的定量检测研究

对于光学元件表面的浅划痕缺陷,在利用显微散射暗场成像技术对其进行定量检测的过程中,由于其成像亮度与背景光强非常接近,因此对疵病图像直接进行二值化处理将无法有效提取其中的划痕特征,从而影响定量检测结果的准确性。为了解决上述问题,提出了一种对于浅划痕长度的准确定量分析方法,其通过将疵病图像与背景图像相减后得到目标图像,进而对目标图像进行二值化处理和分析即可得到浅划痕的准确长度信息。该方法对于光学元件表面疵病的定量检测具有重要的意义和应用。

单金纳米棒的光散射分析化学:径向比与分析灵敏度的关系

单纳米颗粒作为信号感应单元在化学与生物传感应用中已引起广泛关注.本文通过暗场显微成像(iDFM)研究了不同径向比金纳米棒的光散射性质.将iDFM与扫描电子显微镜(SEM)结合表征种子生长法制备的金纳米棒,结果发现,因局域表面等离子体共振而展示出的红色散射光随单个金纳米棒的径向比增大逐渐红移,且金纳米棒对其周围介质折光率(RI)变化的敏感程度随径向比增大而增大.这一结果对设计高灵敏的生物纳米传感器、提高分析检测的灵敏度具有很好的指导意义.

基于纳米探针形貌变化的碱性磷酸酶活性检测方法研究进展

碱性磷酸酶(ALP)不仅是一种重要的生物标志物,还是分子生物学和酶免疫分析中的重要工具酶。因此,建立灵敏、准确的ALP活性检测方法对疾病的诊断及生物医学具有重要意义。迄今为止,研究人员已经发展了许多检测ALP活性的分析方法,包括比色法和散射法等,这些方法的分析性能依赖于探针的特性。Au,Ag,Cu等贵金属纳米材料具有很强的局域表面等离激元共振(LSPR)效应,其特征吸收及颜色随形貌的变化而变化,可用于发展比色法检测ALP的活性。此外,纳米探针的暗场光散射同样具有形貌依赖性,可根据纳米材料形貌引起的散射光谱及散射光颜色的变化,建立单颗粒分析法以实现ALP活性的灵敏检测。目前,改变纳米探针的形貌主要有刻蚀、生长等方式,均可用于发展分析ALP活性的方法。本文对基于纳米探针形貌变化的ALP活性检测方法进行总结,并探讨ALP活性检测的提升空间,希望能为今后的相关工作提供一些启发。

基于BRDF的光学表面疵病散射特性的仿真研究

为了研究精密光学元件表面微弱疵病的散射特性,基于矢量散射理论和双向反射分布函数,建立了光学表面微弱疵病的散射理论模型。通过仿真计算了双向反射分布函数随散射角的变化情况,分析了入射角度、入射光波长以及疵病自身尺寸等因素对疵病散射光特性的影响。基于仿真数据分析,针对光源参数对散射特性的影响进行仿真分析,为使用暗场成像法进行精密表面疵病检测的系统参数选择提供理论参考,疵病检测入射角范围为30°~50°最佳;在可见光范围内时,380~500 nm的波长范围更有利于疵病检测。另外还通过研究疵病尺寸发生改变时散射场变化的规律,为分辨疵病的形状大小等信息提供了参考依据。

基于稀疏矩阵的光学元件表面疵病检测

提出了一种基于稀疏矩阵的表面疵病快速拼接方法。该方法采用环形白光光源均匀地照射到被测元件表面,光经显微散射暗场成像系统后形成暗背景下的亮疵病图像。通过对光学元件的x,y方向进行扫描,得到子孔径拼接图像。基于稀疏矩阵和图像拼接,对子孔径图像进行快速拼接,得到全孔径疵病图像。基于最小外接矩形原理,对图像疵病进行识别和分类,最终得到7个光学元件表面疵病划痕,其最大长、宽分别为15.2110 mm和0.0297 mm;麻点有5个,其最大长、宽分别为0.1089 mm和0.0967 mm。将测量得到的划痕宽度与标准划痕宽度进行对比,得到划痕宽度的相对误差范围为-5.00%～5.50%。在此基础上,对实际的光学表面进行检测,得到光学元件表面疵病信息。