納米光刻高級(jí)研究中心和阿姆斯特丹Vrije大學(xué)的科學(xué)家，開發(fā)出一種通過超薄光纖進(jìn)行快速、超分辨率顯微鏡的微型裝置。使用智能信號(hào)處理，突破了分辨率和速度的理論極限，由于該方法不需要任何特殊的熒光標(biāo)記，

因此在醫(yī)學(xué)應(yīng)用和納米光刻的三維結(jié)構(gòu)表征方面都很有前景，其研究成果發(fā)表在自然《光：科學(xué)與應(yīng)用》期刊上。

研究作者柳巴·阿米托諾娃(Lyuba Amitonova)說：納米尺度的成像受到所用光線波長的限制。有辦法克服這種衍射限制，但它們通常需要大型顯微鏡和困難的處理程序，這些系統(tǒng)不適合在生物組織深層或其他難以觸及的地方成像。Amitonova在納米光刻高級(jí)研究中心（ARCNL）成立了一個(gè)納米級(jí)成像和計(jì)量學(xué)研究小組，Amitonova還兼職聯(lián)系到阿姆斯特丹大學(xué)，在那里她在約翰尼斯·德波爾(Johannes De Boer)的團(tuán)隊(duì)中研究用于內(nèi)窺鏡檢查的超薄纖維。

逆數(shù)據(jù)壓縮

Amitonova和De Boer已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以克服小型系統(tǒng)中的衍射限制，以實(shí)現(xiàn)超分辨率的深層組織成像。Amitonova方法的關(guān)鍵是：創(chuàng)建有意義的圖像并不需要數(shù)據(jù)樣本中的所有信息，想想數(shù)碼攝影，它使用JPEG壓縮格式來限制照片中的數(shù)據(jù)量，壓縮可以去除高達(dá)90%的圖像，但我們很難看出其中的區(qū)別。這是可行的，因?yàn)樗袀鹘y(tǒng)的現(xiàn)實(shí)物體圖像都是‘稀疏的’，這意味著大多數(shù)圖像點(diǎn)都不包含任何信息。

在研究的測量中，以相反的方式利用這種稀疏信息，只獲取可用數(shù)據(jù)的10%，并通過數(shù)學(xué)計(jì)算方法重建整個(gè)圖像。在傳統(tǒng)顯微鏡中，樣品通常是逐點(diǎn)照明的，以生成整個(gè)樣品的圖片。這需要很長時(shí)間，因?yàn)楦叻直媛蕡D像需要很多數(shù)據(jù)點(diǎn)。Amitonova和De Boer開發(fā)的方法，使用了一種產(chǎn)生斑點(diǎn)激光束的光纖，允許以隨機(jī)的方式同時(shí)照射樣品許多區(qū)域。然后，將樣品反射的多面光收集為單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過計(jì)算從該數(shù)據(jù)點(diǎn)提取相關(guān)信息。

超越傳統(tǒng)方法

在逐點(diǎn)照明情況下，獲取256個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)將產(chǎn)生256個(gè)像素的圖像。使用該方法，相同數(shù)量的測量會(huì)產(chǎn)生大約20倍于像素的圖像。因此，壓縮成像的速度要快得多，而且還證明，能夠分辨出比傳統(tǒng)衍射限制成像小兩倍以上的細(xì)節(jié)。該方法是在考慮到微創(chuàng)生物成像的基礎(chǔ)上開發(fā)，但在納米光刻中的傳感應(yīng)用也非常有前途，因?yàn)樗恍枰獰晒鈽?biāo)記，而熒光標(biāo)記是其他超分辨率成像方法所必需的。

Amitonova將在納米光刻高級(jí)研究中心（ARCNL）進(jìn)一步發(fā)展這一概念：纖維的致密性使它們非常便于在納米光刻技術(shù)中開發(fā)測量工具?；诶w維的探針，提供了高分辨率和大視野的獨(dú)特組合，可以很容易地在難以觸及的地方使用。進(jìn)一步開發(fā)該方法有望帶來更高的分辨率和速度，計(jì)量工具和醫(yī)療診斷是最有可能從這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)中受益的領(lǐng)域。

博科園｜研究/來自：納米光刻高級(jí)研究中心

研究發(fā)表期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》

DOI: 10.1038/s41377-020-0308-x

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