CN104406944B - 利用硅纳米粒子提高光学显微成像分辨率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率的方法，包括以下步骤：待测样品预处理：在玻璃表面特定区域覆盖一层非荧光的Si纳米粒子；CCD图像采集：首先用泵浦光照射在待测样品表面，然后开启显微镜信号光，所述显微镜信号光照射在待测样品表面并发生散射，所得散射光在CCD上成像；高分辨重建：利用高斯差点扩散函数处理CCD图像得到高分辨率图像；本发明利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率，有利于在图像采集过程中获得非荧光的Si纳米粒子的高分辨率图像信息；本发明重新设计了点扩散函数，可以有效对CCD图像进行高分辨重建。
Description
技术领域
本发明属于光学显微技术领域，涉及提高光学显微镜分辨率的方法，特别涉及利用硅纳米粒子提高光学显微成像分辨率的方法。
背景技术
分辨率是指显微镜分辨两个物点的能力，目前普遍以瑞利判据作为分辨率的判断标准，该判据的表达式如下：d＝0.618λ//NA，其中d为分辨极限，λ为照明光线波长，NA为物镜的数值孔径；普通光学显微镜的分辨率一般不超过0.2微米，这远不能满足一些高分辨率图像的处理要求。
硅纳米粒子的等离子体色散效应(简称PDE)是指在光注入情况下，粒子内部会产生载流子(电子和空穴)，从而引起粒子的折射率减少和吸收系数增加的现象。研究表明，粒子折射率减少和吸收系数的增加都会引起纳米粒子暗视场显微观测信号能量的衰减。因此，对于一定波长、一定脉冲宽度和一定强度的激光的泵浦下，硅纳米粒子这个观察目标对探测信号具有吸收作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高光学显微成像分辨率的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率的方法，包括以下步骤：
a)待测样品预处理：利用非荧光的Si纳米粒子在玻璃上制作纳米标签；
b)CCD图像采集：首先用泵浦光照射在待测样品表面，然后开启显微镜信号光，所述显微镜信号光照射在待测样品表面并发生散射，所得散射光在CCD上成像；
c)高分辨重建：利用高斯差点扩散函数处理步骤b)的CCD图像得到高分辨率图像；所述高斯差点扩散函数如式I所示：
其中：u是高斯函数的峰值位置，a是高斯函数的峰值，σ表示高斯函数的宽度；a1>a2，u10＝0.99-1.01u20，σ1>σ2。
作为本发明提高光学显微成像分辨率方法的优选，所述高斯差点扩散函数中a1＝3a.u.；a2＝2.8a.u.；σ1＝2nm；σ2＝1.9nm。
作为本发明提高光学显微成像分辨率方法的优选，所述光学显微镜为暗视场显微镜。
作为本发明提高光学显微成像分辨率方法的另一种优选，所述泵浦光波长为532nm，谱线宽为0.5nm，脉冲宽度为0.5±0.001ms。
作为本发明提高光学显微成像分辨率方法的进一步优选，所述泵浦光依次经过透镜放大、针孔滤波、物镜聚焦后到达待测样品表面；所述散射光先后经过显微镜物镜和滤波器后成像在CCD上。
本发明的有益效果在于：
本发明利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率，在激光作用下，硅纳米粒子内部产生载流子，引起硅纳米粒子的折射率减少和吸收系数增加，从而引起纳米粒子暗视场显微观测系统能量衰减，有利于获得高分辨率图像信息；本发明重新设计了点扩散函数，可以有效对CCD图像进行高分辨重建。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1的分辨率板及样条；
图2为实施例1CCD图像采集装置示意图；
图3为实施例1采集的CCD图像；
图4为实施例1高斯差点扩散函数重建后的图像；
图5为对比实施例1高斯点扩散函数重建后的图像。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
以下实施例将公开硅纳米粒子的等离子体色散效应作为提高光学显微成像分辨率的应用。
实施例1：
本实施例利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率的方法，包括以下步骤：
a)、待测样品预处理：利用非荧光的Si纳米粒子在玻璃上制作纳米样条，其尺寸及形貌如图1所示；
b)、CCD图像采集：采用如图2所示试验装置采集CCD图像，其具体工作过程如下：波长为532nm，谱线宽为0.5nm，脉冲宽度为0.5±0.001ms的YAG泵浦光，先后经过焦距f＝50和焦距f＝200的透镜后经针孔(PH)滤波后得到较好的光束质量，再经过Olympus BX51型显微镜物镜(60倍的水浸物镜，其NA为1)聚焦后作用于Si纳米分辨率测试板；此时，照射在Si纳米分辨率测试板上的显微镜信号光发生散射，所得的散射光经过显微镜物镜(60倍的水浸物镜，其NA为1)、f＝200的透镜和滤波器后成像在CCD上；
c)、高分辨重建：利用高斯差点扩散函数处理步骤b)的CCD图像得到高分辨率图像；所述高斯差点扩散函数如式I所示：
其中：u是高斯函数的峰值位置，a是高斯函数的峰值，σ表示高斯函数的宽度；a1>a2，u10≈u20(两者误差不超过1％)，σ1>σ2。
本实施例中：
所述高斯差点扩散函数中a1＝3a.u.；a2＝2.8a.u.；σ1＝2nm；σ2＝1.9nm。
所述光学显微镜为暗视场显微镜，其型号为Olympus BX51型。
对比实施例1：
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中高分辨重建时采用高斯点扩散函数，其表达式如II所示：
图3为实施例1采集的CCD图像；图4为实施例1高斯差点扩散函数重建后的图像；图5为对比实施例1高斯点扩散函数重建后的图像。对比图3、4、5可以看出，采用高斯差点扩散函数重建后的图像可分辨第一行、第二行和第三行样条，第四行样条中三条竖行样条也能分辨，而高斯点扩散函数重建后的图像仅仅可以分辨第一行样条。
本发明利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率，在激光作用下，硅纳米粒子内部产生载流子，引起硅纳米粒子的折射率减少和吸收系数增加，从而引起纳米粒子暗视场显微观测系统能量衰减，有利于获得高分辨率图像信息；本发明重新设计了点扩散函数，可以有效对CCD图像进行高分辨重建，将光学显微镜的分辨率提高到10nm左右，实施例1中第四级样条的尺寸为10nm×10nm×50nm。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)待测样品预处理：利用非荧光的Si纳米粒子在玻璃上制作纳米标签；
b)CCD图像采集：首先用泵浦光照射在待测样品表面，然后开启显微镜信号光，所述显微镜信号光照射在待测样品表面并发生散射，所得散射光在CCD上成像；
c)高分辨重建：利用高斯差点扩散函数处理步骤b)的CCD图像得到高分辨率图像；所述高斯差点扩散函数如式I所示：
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其中：u是高斯函数的峰值位置，a是高斯函数的峰值，σ表示高斯函数的宽度；a1>a2，u10＝0.99-1.01u20，σ1>σ2；a1＝3a.u.；a2＝2.8a.u.；σ1＝2nm；σ2＝1.9nm。
2.根据权利要求1所述利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率的方法，其特征在于：所述泵浦光波长为532nm，谱线宽为0.5nm，脉冲宽度为0.5±0.001ms。
3.根据权利要求1所述利用硅纳米粒子的等离子体色散效应提高光学显微成像分辨率的方法，其特征在于：所述泵浦光依次经过透镜放大、针孔滤波、物镜聚焦后到达待测样品表面；所述散射光先后经过显微镜物镜和滤波器后成像在CCD上。
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