コスト効率の高いデジタルホログラフィック顕微鏡は回折限界側面分解能の課題を克服する

ホログラフィック顕微鏡は、細胞の詳細な解析のための一般的な定量的ツールです。高解像度のイメージセンサーの開発により、ホログラムをデジタルで記録し、細胞構造を損傷することなく生きている細胞の非侵襲的な観察と分析が可能になりました。

デジタルホログラフィック（DH）顕微鏡は、サンプルの振幅と位相分布への完全なアクセスを提供する効果的なラベルフリーの生体医用イメージング技術です。

微小構造物や生細胞の生化学的、力学的、形態学的特性を同時に研究するには、望ましいDH条件を開発し、各種のイメージングシステムと統合することができます。

DH顕微鏡で平面波照明がよく使われ、イメージングセットアップの横方向の分解能は数値絞りと波長で制限されます。波長が短い光源（X線または紫外線）は、横方向の分解能を高めることができます。ただし、生体組織を含め、特定のサンプルを損傷することがあります。

大きな数値絞りを持つ顕微鏡は、大きな数値絞りを備えています。しかし、これにより焦点深度と作業距離が制限されます。

構造化照明（SI）は、サンプルを周期的なパターンで照らすことにより、イメージングシステムの分解能を向上させる有望な技術です。しかし、この手法は時間がかかり、機械的振動によって時間的ノイズレベルが増大することがあります。

SIの実装には、長時間にわたってパラメータの安定性を確保するため、共通経路ジオメトリが役立ちます。

従来のDH顕微鏡システムには、ダブルレンズと格子系を使用したSIアプローチが統合されています。提案された手法は、バイプリズム干渉計に基づく変更された共通経路構成です。

変更された構成により、格子で作られた構造化光を使用して、DH技術の分解能を向上させることができます。従来の照明（CI）パターンと合成照明（SI）パターンの2つのオフアクシス取得を含みます。

構造化光は高周波成分を可視スペクトルにもたらし、SIホログラムには低周波と高周波の情報が混在しています。そのため、構造化照明ホログラムのスペクトルから従来の照明ホログラムのスペクトルが取り除かれ、SIホログラムスペクトルの低周波情報と高周波成分が重ならないようにします。

ホログラムの振幅は、数値オートフォーカス技術と角度スペクトル伝播（ASP）法を使用して計算されます。CIパターン用の1枚の画像とSIパターン用のもう1枚の画像をキャプチャした後、ホログラムの角度スペクトルをデジタルフィルタで処理して、サンプルの高解像度イメージを生成します。

コンパクトディスクによるＳＩパターンとフレネルバイプリズムによる共線幾何の結合により、空間分解能が2倍向上した振幅・位相分布画像化の低コスト高安定な手法が開発されました。

標準的なテストサンプルに対する実験結果は、提案された手法がセルの双凹構造を検出することに成功し、伝統的なイメージングシステムに比べ、投影分解能が向上していることを検証しています。

標準的なテストサンプルを使用して横方向の分解能を予測しました。その結果、バイプリズムベースのDH顕微鏡のＳＩシステムはCI-DHシステムに対して2倍の品質向上を示しています。

統合されたＳＩおよびバイプリズム干渉計セットアップは、グレーティングを動かすことなく2枚のホログラムが必要であり、共線デザインにより、多重撮影技術に非常に安定したシステムが提供されます。

バイプリズムによって偏向された光線の光路長が近く、強度が同じであるため、高い対比度と線形のフリンジが形成され、測定の精度が向上します。

提案された手法は、2つのビームに同じ曲率を与えることで、二次位相因子の再構築位相マップへの影響を無視し、フレネルバイプリズムをベースにした共線構成が望ましくない無相関位相変動を取り除く効果的な技術であるため、3D位相画像化に適しています。

さらに、この定量的DHシステムは、可変フリンジ変調、簡単なインストール、低コストのため、高分解能3D位相画像化に適しています。

提案されたDH技術は、標準的なDH顕微鏡よりも高分解能で詳細なライブセルのイメージングを提供できます。さらに、さまざまな光学顕微鏡とリンクさせて、ラベルフリーのマルチモーダルイメージングを行うことができます。 $アルファベット C(GOOG.US)$ $アップル(AAPL.US)$ $ウィミ･ホログラム･クラウド(WIMI.US)$