大視場結構光照明顯微技術（特邀）

郜鵬，方翔，溫凱，雷云澤，熊子涵，李嬌月，劉星，鄭娟娟，安莎

（西安電子科技大學 物理學院，西安710071）

0 引言

光學顯微鏡具有結構簡單、對樣品損傷?。蓪铙w樣品進行成像）、可對生物樣品中特定結構（借助熒光標記）進行選擇性成像等優點，在了解物質和生命過程中發揮著決定性作用。然而，光學顯微鏡的空間分辨率受衍射限制為λ/2（一般為200 nm）［1］。人們為解決此問題，提出了超分辨率（Super Resolution，SR）顯微方法，如單分子定位顯微（Single-Molecule Localization Microscopy，SMLM）［2-4］、受激發射損耗顯微（Stimulated emission depletion，STED）［5-7］和結構光照明顯微（Structured Illumination Microscopy，SIM）［8-14］，將光學顯微鏡的空間分辨率提高到幾十納米甚至幾納米。2014年，發明超分辨光學顯微技術的三位科學家因此被授予諾貝爾化學獎。在SR 技術中，SIM 技術因其成像速度快、對樣品損傷小，在活體樣品成像中脫穎而出。SIM 利用照明光斑和樣品之間的“莫爾效應”，收集傳統光學系統無法探測到的樣品高頻信息，進而重構出超分辨圖像。由于產生的結構光同樣會收到物鏡數值孔徑（Numerical Aperture，NA）的影響，線性SIM（激發的熒光與激發強度呈線性關系）的空間分辨率只能在衍射極限基礎上提高兩倍［15］。相比之下，非線性SIM 通過利用發射模式中的高次諧波，實現了超過兩倍的分辨率增強［1］。結構光照明還可以和定量相位顯微相結合，實現對透明樣品的高分辨、高襯度相位成像［16］。

在傳統SIM 中，通常利用空間光調制器（Spatial Light Modulator，SLM）或數字微鏡器件（Digital Micromirror Device，DMD）快速生成和切換不同方向及相移量的條紋結構光完成移相。然而，其成像通量受到SLM/DMD 本身像素個數的限制。例如，對于采用100×/1.4NA 物鏡和532 nm 激發光的SIM 顯微鏡，若要獲得兩倍的分辨率提升，SLM 或DMD 需產生周期為190 nm 的條紋/點陣結構光?！?br>