利用硅納米粒子提高光學顯微成像分辨率的方法技術

本發明專利技術公開了利用硅納米粒子的等離子體色散效應提高光學顯微成像分辨率的方法，包括以下步驟：待測樣品預處理：在玻璃表面特定區域覆蓋一層非熒光的Si納米粒子；CCD圖像采集：首先用泵浦光照射在待測樣品表面，然后開啟顯微鏡信號光，所述顯微鏡信號光照射在待測樣品表面并發生散射，所得散射光在CCD上成像；高分辨重建：利用高斯差點擴散函數處理CCD圖像得到高分辨率圖像；本發明專利技術利用硅納米粒子的等離子體色散效應提高光學顯微成像分辨率，有利于在圖像采集過程中獲得非熒光的Si納米粒子的高分辨率圖像信息；本發明專利技術重新設計了點擴散函數，可以有效對CCD圖像進行高分辨重建。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光學顯微
，涉及提高光學顯微鏡分辨率的方法，特別涉及利用硅納米粒子提高光學顯微成像分辨率的方法。
技術介紹
分辨率是指顯微鏡分辨兩個物點的能力，目前普遍以瑞利判據作為分辨率的判斷標準，該判據的表達式如下：d＝0.618λ//NA，其中d為分辨極限，λ為照明光線波長，NA為物鏡的數值孔徑；普通光學顯微鏡的分辨率一般不超過0.2微米，這遠不能滿足一些高分辨率圖像的處理要求。硅納米粒子的等離子體色散效應(簡稱PDE)是指在光注入情況下，粒子內部會產生載流子(電子和空穴)，從而引起粒子的折射率減少和吸收系數增加的現象。研究表明，粒子折射率減少和吸收系數的增加都會引起納米粒子暗視場顯微觀測信號能量的衰減。因此，對于一定波長、一定脈沖寬度和一定強度的激光的泵浦下，硅納米粒子這個觀察目標對探測信號具有吸收作用。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種提高光學顯微成像分辨率的方法。為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：利用硅納米粒子的等離子體色散效應提高光學顯微成像分辨率的方法，包括以下步驟：a)待測樣品預處理：利用非熒光的Si納米粒子在玻璃上制作納米標簽；b)CCD圖像采集：首先用泵浦光照射在待測樣品表面，然后開啟顯微鏡信號光，所述顯微鏡信號光照射在待測樣品表面并發生散射，所得散射光在CCD上成像；c)高分辨重建：利用高斯差點擴散函數處理步驟b)的CCD圖像得到高分辨率圖像；所述高斯差點擴散函數如式I所示：hDOG(u)=a1e(u-u10)2/σ12-a2e(u-u20)2/σ22---(I)]]>其中：u是高斯函數的峰值位置，a是高斯函數的峰值，σ表示高斯函數的寬度；a1>a2，u10＝0.99-1.01u20，σ1>σ2。作為本專利技術提高光學顯微成像分辨率方法的優選，所述高斯差點擴散函數中a1＝3a.u.；a2＝2.8a.u.；σ1＝2nm；σ2＝1.9nm。作為本專利技術提高光學顯微成像分辨率方法的優選，所述光學顯微鏡為暗視場顯微鏡。作為本專利技術提高光學顯微成像分辨率方法的另一種優選，所述泵浦光波長為532nm，譜線寬為0.5nm，脈沖寬度為0.5±0.001ms。作為本專利技術提高光學顯微成像分辨率方法的進一步優選，所述泵浦光依次經過透鏡放大、針孔濾波、物鏡聚焦后到達待測樣品表面；所述散射光先后經過顯微鏡物鏡和濾波器后成像在CCD上。本專利技術的有益效果在于：本專利技術利用硅納米粒子的等離子體色散效應提高光學顯微成像分辨率，在激光作用下，硅納米粒子內部產生載流子，引起硅納米粒子的折射率減少和吸收系數增加，從而引起納米粒子暗視場顯微觀測系統能量衰減，有利于獲得高分辨率圖像信息；本專利技術重新設計了點擴散函數，可以有效對CCD圖像進行高分辨重建。附圖說明為了使本專利技術的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本專利技術提供如下附圖進行說明：圖1為實施例1的分辨率板及樣條；圖2為實施例1CCD圖像采集裝置示意圖；圖3為實施例1采集的CCD圖像；圖4為實施例1高斯差點擴散函數重建后的圖像；圖5為對比實施例1高斯點擴散函數重建后的圖像。具體實施方式下面將結合附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述。以下實施例將公開硅納米粒子的等離子體色散效應作為提高光學顯微成像分辨率的應用。實施例1：本實施例利用硅納米粒子的等離子體色散效應提高光學顯微成像分辨率的方法，包括以下步驟：a)、待測樣品預處理：利用非熒光的Si納米粒子在玻璃上制作納米樣條，其尺寸及形貌如圖1所示；b)、CCD圖像采集：采用如圖2所示試驗裝置采集CCD圖像，其具體工作過程如下：波長為532nm，譜線寬為0.5nm，脈沖寬度為0.5±0.001ms的YAG泵浦光，先后經過焦距f＝50和焦距f＝200的透鏡后經針孔(PH)濾波后得到較好的光束質量，再經過Olympus?BX51型顯微鏡物鏡(60倍的水浸物鏡，其NA為1)聚焦后作用于Si納米分辨率測試板；此時，照射在Si納米分辨率測試板上的顯微鏡信號光發生散射，所得的散射光經過顯微鏡物鏡(60倍的水浸物鏡，其NA為1)、f＝200的透鏡和濾波器后成像在CCD上；c)、高分辨重建：利用高斯差點擴散函數處理步驟b)的CCD圖像得到高分辨率圖像；所述高斯差點擴散函數如式I所示：hDOG(u)=a1e(u-u10)2/σ12-a2e(u-u20)2/σ22---(I)]]>其中：u是高斯函數的峰值位置，a是高斯函數的峰值，σ表示高斯函數的寬度；a1>a2，u10≈u20(兩者誤差不超過1％)，σ1>σ2。本實施例中：所述高斯差點擴散函數中a1＝3a.u.；a2＝2.8a.u.；σ1＝2nm；σ2＝1.9nm。所述光學顯微鏡為暗視場顯微鏡，其型號為Olympus?BX51型。對比實施例1：本實施例與實施例1的區別在于，本實施例中高分辨重建時采用高斯點擴散函數，其表達式如II所示：hnorm(u)=a0e(u-u0)2/σ2---(II)]]>圖3為實施例1采集的CCD圖像；圖4為實施例1高斯差點擴散函數重建后的圖像；圖5為對比實施例1高斯點擴散函數重建后的圖像。對比圖3、4、5可以看出，采用高斯差點擴散函數重建后的圖像可分辨第一行、第二行和第三行樣條，第四行樣條中三條豎行樣條也能分辨，而高斯點擴散函數重建后的圖像僅僅可以分辨第一行樣條。本專利技術利用硅納米粒子的等離子體色散效應提高光學顯微成像分辨率，在激光作用下，硅納米粒子內部產生載流子，引起硅納米粒子的折射率減少和吸收系數增加，從而引起納米粒子暗視場顯微觀測系統能量衰減，有利于獲得高分辨率圖像信息；本專利技術重新設計了點擴散函數，可以有效對CCD圖像進行高分辨重建，將光學顯微鏡的分辨率提高到10nm左右，實施例1中第四級樣條的尺寸為10nm×10nm×50nm。最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本專利技術的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本專利技術進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本專利技術權利要求書所限定的范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
利用硅納米粒子的等離子體色散效應提高光學顯微成像分辨率的方法，其特征在于，包括以下步驟：a)待測樣品預處理：利用非熒光的Si納米粒子在玻璃上制作納米標簽；b)CCD圖像采集：首先用泵浦光照射在待測樣品表面，然后開啟顯微鏡信號光，所述顯微鏡信號光照射在待測樣品表面并發生散射，所得散射光在CCD上成像；c)高分辨重建：利用高斯差點擴散函數處理步驟b)的CCD圖像得到高分辨率圖像；所述高斯差點擴散函數如式I所示：hDOG(u)=a1e(u-u10)2/σ12-a2e(u-u20)2/σ22---(I)]]>其中：u是高斯函數的峰值位置，a是高斯函數的峰值，σ表示高斯函數的寬度；a1>a2，u10＝0.99?1.01u20，σ1>σ2。

【技術特征摘要】
1.利用硅納米粒子的等離子體色散效應提高光學顯微成像分辨率的方法，其特征在于，包
括以下步驟：
a)待測樣品預處理：利用非熒光的Si納米粒子在玻璃上制作納米標簽；
b)CCD圖像采集：首先用泵浦光照射在待測樣品表面，然后開啟顯微鏡信號光，所述
顯微鏡信號光照射在待測樣品表面并發生散射，所得散射光在CCD上成像；
c)高分辨重建：利用高斯差點擴散函數處理步驟b)的CCD圖像得到高分辨率圖像；所
述高斯差點擴散函數如式I所示：
hDOG(u)=a1e(u-u10)2/σ12-a2e(u-u20)2/σ22---(I)]]>其中：u是高斯函數的峰值位置，a是高斯函數的峰值，σ表示高斯函數的寬度；a1>a2，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉丹平，許亮，劉松，葉俊，曾孝平，印勇，譚曉衡，張玲，蔣陽，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：重慶;85