新元件可实现暗场显微成像和全内反射成像

中国科学技术大学张斗国教授研究组研制出一种基于光学薄膜的平面型显微成像元件，用作被测样本的载波片，可在常规的明场光学显微镜上实现暗场显微成像和全内反射成像，获取高对比度的光学显微图像。相关研究成果日前发表于《自然—通讯》。

光学显微镜是利用光学原理，把人眼不能分辨的微小物体放大成像。常规的光学显微镜是明场显微镜，它利用光线照明，样本中各点依其光吸收的不同在明亮的背景中成像。但对于一些未经染色处理的生物标本或者其他透明样本，由于对光线的吸收很少，因而对比度差，难以观测。暗场显微镜、全内反射显微镜的问世，则解决了这一难题。暗场显微镜只允许被测样本反射和衍射的光线进入物镜，照明光线不直接进入成像物镜。有样本时，样本的衍射光与散射光等在暗的背景中明亮可见，成像对比度远高于明场光学显微镜。全内反射显微镜是利用光线全反射后在介质另一面产生表面波来照明样本，有样本时，表面波会被散射或衍射到远场，从而在暗背景下形成物体的明亮像，并可提高成像对比度。

但暗场显微镜、全内反射显微镜需要复杂的光学元件，这些元件体积较大，不易集成，操作复杂，成像效果严格依赖于光路的精确调节。

该研究组通过巧妙的设计，研制出一种基于光学薄膜的平面型显微成像元件，该元件在常规明场显微镜上，可同时实现暗场显微成像和全内反射成像。相对于明场光学显微镜像，其成像对比度有大幅度提升。

这一元件结构简单、成本较低、操作便利、易于集成，不仅适用于空气中的样本，也适用于液体环境中生物活细胞的成像。实验结果表明，无需改变现有显微镜的主体光路架构，通过设计、制作合适的显微镜载玻片，就可以有效提升其成像对比度，拓展其成像功能。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27231-6