基于SiO2微球顆粒的成像研究

韓笑++楊俊杰++賴雪++單新治++隋國榮

摘要：

遠場顯微成像是近年來的研究熱點，而微球顆粒在遠場成像中具有一定的放大作用。針對這種現象，通過對微球顆粒的分離，對單個微球顆粒的成像特性進行了理論研究。實驗表明，利用一定尺寸的二氧化硅微球顆粒，可以使遠場顯微鏡的分辨率提高一倍。在尼康顯微鏡下，利用普通鹵素燈光源、二氧化硅和相應的增強介質，對1 200線的光柵實現了近一倍的放大成像效果，證實了微球顆粒的遠場顯微成像能力。

關鍵詞：

遠場超分辨成像； 二氧化硅微球； 解團聚； 成像放大

中圖分類號： TN 205文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.05.011

引言

隨著21世紀的科技發展，人類對顯微成像提出了更高的要求。尤其在生命科學、納米技術與生物醫學等領域，對百納米尺度下的觀測、操縱和加工等提出了更高的要求。早在1873年，Abbe利用衍射理論提出了衍射分辨極限，指出了遠場光學顯微鏡的分辨率受限于衍射效應和數值孔徑。為了提高分辨率，科學界提出了近場掃描的顯微成像模式，其中包括電子掃描顯微鏡和光學掃描顯微鏡。這些顯微鏡技術不受衍射極限的限制，實現了納米甚至亞納米的分辨率。但是這些近場掃描技術也存在一些弊端而無法廣泛使用到生物、醫學等領域。作為生物、醫學領域廣泛使用的遠場顯微成像技術，提高分辨率通常有兩個方法：其一是盡可能選擇短的照明波長，如紫外光、X射線等；其二是提高數值孔徑。前者對生物細胞容易產生影響，且不容易控制；后者則受限于工藝，因此傳統遠場顯微成像技術很難實現在普通可見光下的百納米超分辨成像。為此，科學界又先后提出了多光子吸收超分辨技術、受激發射損耗顯微技術、隨機光學重建顯微技術、飽和激發、結構光照明顯微技術、熒光激活定位顯微技術和各種超透鏡顯微技術等多種遠場顯微成像技術，并取得了一定的進展，為遠場超分辨成像提供了可能。隨著對工藝和理論的研究深入，有學者提出了利用二氧化硅微米球顆粒進行超分辨成像技術，該技術可以在600 nm可見光的照射下，通過在樣品表面鋪撒二氧化硅微球顆粒從而實現λ/10的遠場分辨率。該技術具有重要的應用價值，但其理論以及實驗工藝還存在一定的研究空間。

在完成了二氧化硅顆粒解團聚的基礎上，本文通過實驗研究了微米球對1 200線光柵表面微結構的成像特性。

3結論

通過對相關文獻的研究，建立了理論模型并進行了分析。在實驗中，首先完成了團聚顆粒的解團聚，使顆粒保持了很好的物理及化學特性。在此基礎上，分別進行了干燥微球超分辨成像技術的實驗，但實驗沒有達到預期的理論效果。通過對工藝和浸潤介質的研究，以及對成像特性進行了深入分析，利用無水乙醇進行倏逝波的增強，獲得了與理論相符的成像效果，同時通過比對，得到了比文獻[27]中同種尺寸下更好的成像效果，為后期更小尺寸的研究打下了基礎，具有一定的應用價值。

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（編輯：劉鐵英）