JPD编辑优选：光学超分辨与光切片融合的结构光照明显微成像技术
本篇研究来自中国科学院西安光学精密机械研究所姚保利研究员课题组，本工作揭示了超分辨SIM（SR-SIM）理论和光切片SIM（OS-SIM）理论的内在联系，建立了超分辨与光切片融合的iSIM理论，获得了普通生物厚样品的高信噪比超分辨显微图像。
文章介绍
Dan Dan（但旦）, Peng Gao（郜鹏）, Tianyu Zhao（赵天宇）, Shipei Dang（党诗沛）, Jia Qian（千佳）, Ming Lei（雷铭）, Junwei Min（闵俊伟）, Xianghua Yu（于湘华）, Baoli Yao（姚保利）.
通讯作者：
- 姚保利，中国科学院西安光学精密机械研究所
本工作设计了显微成像模拟模型以验证iSIM理论的正确性。模型以Ground Truth图像垂直中线开始，朝图像两端逐渐模糊，模糊程度与离开中线的距离成正比。基于此模型，模拟产生了物镜景深造成的在焦和离焦效果。通过在模型上实施iSIM、普通宽场、OS-SIM、SR-SIM成像，对比展现了iSIM既能超分辨又能避免离焦干扰的成像优点（图2）。
实验进一步验证了iSIM理论的成像有效性。实验光路使用空间光调制器（SLM）加载光栅相位，令衍射的±1级光束干涉产生结构照明条纹。为了实现SIM所需的条纹方向旋转，并简化光束偏振态控制，实验将光束调制成圆偏振态进行干涉（图3）。以人视网膜色素上皮细胞（HRPE）为样品，通过与普通宽场、OS-SIM和SR-SIM成像对比，证实了iSIM成像兼具SR-SIM的超分辨优点和OS-SIM的高信噪比光切片能力（图4）。
研究背景
光学显微镜是现代生物医学研究不可或缺的工具。然而，针对生物厚样品的光学显微成像一直是个难题。一方面，显微系统分辨率受到光学衍射极限的限制，最高也只能达到约200nm，不能分辨亚细胞级细节；另一方面，生物样品普遍相对较厚，不仅常常超出显微物镜的景深范围，即使景深范围内的在焦目标也严重受到离焦光线的干扰，导致成像信噪比非常差。针对这个难题，本工作提出了一种光学超分辨与光切片融合的结构光照明显微成像技术（iSIM）。iSIM将现有的超分辨SIM（SR-SIM）和光切片SIM（OS-SIM）这两种技术进行理论和方法融合，突破衍射极限实现了超分辨成像，同时得到了能重构样品三维表面形貌的高信噪比光切片图像。
作者介绍
期刊介绍
Journal of Physics D: Applied Physics（JPhysD，《物理学报D：应用物理》）发表应用物理各领域的前沿研究和综述，具体包括：应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。