生物医学光声成像的研究进展

光声成像是21世纪初发展起来的新兴的生物医学成像技术,它同时具备光学成像和声学成像两者的优点,因而备受关注。本文对生物医学光声成像的发展进行了综述。首先,介绍了光声成像的特点以及相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点;其次,在成像原理上解释了光声成像优点的成因,并介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像技术;再次,详细介绍了多尺度的光声图像分辨率和成像深度,以及多信息维度的光声成像参数;最后,展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性。     

光学移频超分辨成像技术进展

光学显微镜具有无损、样品友好、速度快等优点,一直是人类探索微观世界的主要手段.但是,由于受到衍射极限限制,长期以来,光学成像系统的分辨率最高仅能达到可见光半波长量级,逐渐成为科学技术发展的桎梏.对于荧光标记样品,可以利用荧光超分辨光学显微成像技术打破光学衍射极限,填补电子显微镜(约为1 nm)和普通可见光学显微镜(20...     

基于光声成像的生物组织微结构定征研究进展

光声成像是一种新兴的复合型生物医学成像技术,它既具有光学成像丰富的光学对比度,又具有声学成像成像深度深、深层组织空间分辨率高的优点.作为一种非侵入式的成像技术,光声成像逐渐显现出极大的生物医学应用潜力.该文首先介绍了光声成像的物理机制,以及光声显微镜和光声计算机断层成像这两种典型的光声成像技术;然后讨论了从光声射频信号...     

提高原子力显微镜(AFM)成像质量的方法

针对原子力显微镜AFM不要求样品具有导电性的优点,分析了影响原子力显微镜AFM扫描图像质量的原因及提高AFM成像质量的方法。     

几种非光学显微镜介绍

电子显微镜（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ） 电子显微镜是一种利用电子束照射物体并形成像的非光学显微镜．电子束通过作为电子折射媒质的静电透镜或磁透镜进行聚焦,通过加速电压,能够产生波长比普通光要短若干倍的电子波．根据显微镜原理,波长愈短,其分辨本领愈大．所以电子显微镜的放大倍数是普通光学显微镜的放大倍数的几千至数十万倍．电子显微镜一般有：透射电子显微镜、扫描电子显微镜和发射式电子显微镜等多种．透射电子显微镜的原理如图１所示． 它由以下几部分构成：产生等速电子束的电子源,把电子集中在样品上的…     

电子显微镜的发展以及在出土纺织品检测上的应用

本文论述了电子显微镜的发展现状，介绍了目前最先进的几种电子显微镜，如扫描隧道显微镜、原子力显微镜、扫描探针显微镜的结构、原理以及在现代科学研究中的应用情况，对电子显微镜在出土古代纺织材料检测中的应用进行了探讨．     

超快时间分辨光电子显微镜技术及应用

光电子显微镜是一种基于光电效应的电子显微镜,利用样品不同空间位置光电子产量的差异作为图像衬度进行投影成像。其成像速度快、空间分辨率高、探测无损伤等特点和优势,在表面科学、表面等离激元学、半导体学等学科有着广泛应用。另外,结合超快光泵浦探测技术为光电子显微镜提供了高时间分辨能力,特别适用于高时空分辨的动力学过程研究。时间分辨光电子显微镜是具备多维度直观测量的技术方法,为研究人员开辟了新的道路。文章首先简要回顾电子显微成像技术的发展,然后介绍在表面等离激元学和半导体物理领域中应用光电子显微镜的最新进展,最后介绍北京大学最近建设的超快光电子显微镜系统和相关研究工作及展望。     

扫描隧道显微镜

 １９８２年,Ｂｉｎｎｉｎｇ和Ｒｏｈｒｅｒ研制成世界上第一台扫描隧道显微镜ＳＴＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）,是目前唯一具有原子级分辨率的实空间成像技术,当这两位科学家用ＳＴＭ观察到高序石墨表面原子的图像时,人们对微观世界的认识一下子从幻想和抽象的分析飞跃到对原子的直接观察和操纵．ＳＴＭ和其它的传统显微镜相比,光学显微镜、扫描电子显微镜的分辨率不够,而高分辨的透射电子显微镜虽然能够达到较高的分辨率,可它的制样异常麻烦,破坏了样品,而且在测量过程中离不开真空环境．ＳＴＭ因其可直接观察物体表面原子结构而不会对样品表面造成任何损伤.     

大视场光学显微成像技术

光学显微成像技术具有实时性、高分辨率和非侵入性等特点,其成像尺度可跨越细胞、组织乃至生命体,极大地拓展了人们对生命本质的认识边界。然而,受限于光学显微成像系统有限的空间带宽积（Space-Bandwidth Product,SBP）,常规的光学显微镜难以同时兼具大视场和高分辨率,使得显微成像在大视场生物成像应用中受到较大的限制,例如,对脑神经网络以突触为单位的神经回路成像。近年来,大视场光学显微成像技术得到不断的发展,其SBP的视场相较于传统的光学显微镜有了十倍甚至百倍的提升,在保持高分辨率的基础上拓展了成像视场,从而可以满足生物医学领域重大问题的研究需求。本文介绍了近年来几种典型的大视场光学显微成像技术及其生物医学应用,并对其未来发展做了展望。     

基于点扫描的超分辨显微成像进展

光学显微镜一直推动着现代科学技术的发展.随着科学的进步,对显微成像分辨率的要求在生物、材料等领域日渐凸显,而常规宽场显微成像一直面临着成像分辨率衍射受限的问题.1968年出现的共聚焦显微镜作为点扫描显微镜的开端第一次实现了远场下成像分辨率的突破,它具有层切性好、信噪比高等优点.在1994年出现的受激辐射荧光损耗显微镜将显微成像能力突破到2.8 nm左右,并成为目前效果最佳、应用较广泛的超分辨显微技术.荧光差分显微和饱和荧光吸收竞争等点扫描技术具有无荧光染剂限制、饱和光强低、光路简单等优势,并且能取得1/6波长的分辨能力,进而在超分辨显微领域仍有着发挥空间.Airyscan技术作为以上方法的补充可以弥补点扫描系统中由于探测小孔半径减小而带来的信号丢失,从而提高成像信噪比和分辨率,但阵列探测器成本较高.上述点扫描显微镜通过改变照明或者探测的方式实现了分辨率突破.本文详细讨论了点扫描超分辨方法的原理、成像效果及面临的瓶颈,并分析了点扫描超分辨显微镜在应用和技术上的趋势.     

氦离子显微镜对钨中氦行为的实验研究

针对热核聚变面向等离子体钨材料中氦泡形成、演变以及机理研究的需求,克服目前常用离子注入、电子扫描显微镜和透射电子显微镜等离线研究手段存在的不足,提出氦离子显微镜对钨中氦的上述行为原位实时在线研究方法.借助氦离子显微镜的离子注入、显微成像和聚焦离子束纳米加工功能,它可以提供能量为0.5—35 ke V、束流密度可达10~(25) ions/(m~2·s)以上的氦离子束,在该设备上进行钨中氦的注入实验.同时在注入过程,实时在线监测钨中氦泡形成、演变过程以及钨材料表面形貌的变化,原位在线分析钨材料表面氦泡的大小、迁移合并以及其诱发的钨表面和近表面的微观损伤.实验结果表明:氦离子显微镜是研究钨中氦行为演变过程及其微观机理研究的新的研究手段和强有力的实验工具.     

生物细胞X射线成像

许多生物细胞非常小，无法用光学显微镜进行研究．而X射线衍射和电子显微镜技术不适于对活细胞的研究．2000年生物物理学家Janos Hajdu提出了一种新的活细胞及微小生物粒子成像方法，这种方法使用极强的超短X射线激光脉冲产生的衍射图案来成像．     

光片荧光显微成像

在过去的20年,激光扫描共聚焦显微镜一直是在细胞水平和亚细胞水平上观察生命活动的标准工具,但是基于针孔的共聚焦显微镜的光学层切是以牺牲焦平面以外的被激发的荧光色团和较大的光毒性为代价的。作为一种新型的荧光显微镜,光片荧光显微镜采用侧向照明的方式,对样品直接进行面成像。相对于点扫描的成像方式,光片显微镜成像速度远远高于激光扫描共聚焦显微镜,使得研究一些高速的精细生命活动过程成为了可能。光片荧光显微镜的另外一个优点是只有光片处的样品才会被激发,处于光片以外的样品则不会被激发,因此光毒性较小,使得人们能够在更长的时间尺度下观察样品。正是由于光片荧光显微镜特殊的照明和成像方式,才使其在大样本的三维高速成像中起到不可替代的作用。本文简要回顾了光片荧光显微镜发展的历史及研究现状,旨在为该领域的科研人员对光片荧光显微镜的现状及未来发展方向提供个人理解。     

基于微透镜阵列的光场显微镜实验研究

为了解决传统光学显微镜景深小的局限性,结合光场成像技术,搭建了基于微透镜阵列的光场显微镜试验平台.实验获取了绿光照明下碎玻璃片的光场显微镜照片,利用光场成像技术数字重聚焦得到了清晰成像与不同距离的图像序列.通过几何光学的成像原理以及物理光学相关理论,分析了传统显微镜和光场显微镜的空间分辨率和景深.结果表明,光场显微镜的景深较传统显微镜大幅度增加了38倍,而空间分辨率减小了8/9.实验得到的光场图像序列同样表明光场显微镜能够大幅度增加景深.     

扫描SQUID显微镜及其在物理研究和微电子工程中的应用

扫描ＳＱＵＩＤ显微镜，是９０年代出现的一种新型微结构磁成像仪器，是迄今为止探测微米尺度结构中微弱磁场或微小电充的最灵敏的仪器。它可检测小于１０＾－１０Ｔ的磁场，几个纳安（１０＾－９Ａ）的电流或几百个玻尔磁子的永久磁矩。虽然诞生时间不长，但它无论在基础研究（例如，关于高温超导体波函数对称性的著名三晶超导环实验）还是在应用研究（例如，微电子器件中的捕获磁通问题）都已发挥了重要作用，显示了它在未来科学与     

“扫描电声成像系统及其相关器件和材料”项目简介

扫描电声成像系统是在电子显微镜（SEM）的基础上，增加一电子束斩波系统，使入射到试样表面的电子束强度以频率f变化。由于电子与试样原子之间的非弹性散射，在电子束焦斑附近就形成一时变的热弹源，会同时激发出热波和声波。声波作为信息的载体透过试样，而被在试样背面相耦合的压电换能器接收，该信号经锁相放大器检测后再输入电子显微镜的成像系统。当强度调制的电子束在试样表面上扫描时，由于试样表面的形貌、局域的力学、热学、电学特性等的差异，形成具有不同衬度的电子声像（SEAM）。由于SEAM是一近场成像技术，它的成像分辨率不受远场夫朗和费衍射和中场的费涅尔衍射所确定的波长限制，它的最佳分辨率可优于0.5μm。而且它可以获得原位的试样表面的SEM像和亚表面的SEAM像。此外还有试样制备简单等优点。     

适用于表面分析的小型低能电子显微镜

介绍并表征了一套单法兰集成的低能电子显微镜. 这套显微镜中采用了10o偏转角的磁分束器,从而有利于将其集成到一个10 in的法兰上. 电子光学系统中的一些修正单元被简化,以使其结构简单,容易操作. 样品被置于地电位,方便各静电透镜浮在高电压上. 通过几个实验展示了这台显微镜在典型的低能电子成像、低能电子衍射和光电子成像模式下的性能. 低能电子成像的空间分辨率为51 nm. 利用飞秒激光做光源,相应的非线性光电子发射过程使得这台设备非常适合进行光学近场现象的观察,并获得110 nm的光电子成像空间分辨率.     

鬼成像中一些数学问题

鬼成像是一种与传统成像方式不同的通过光场涨落的高阶关联获得图像信息的新型成像方式。近年来,相比传统成像方式,鬼成像所拥有的一些优点如高灵敏度、超分辨能力、抗散射等,使其在遥感、多光谱成像、热X射线衍射成像等领域得到广泛研究。随着对鬼成像的广泛研究,数学理论和方法在其中发挥的作用愈显突出。例如,基于压缩感知理论,可以进行鬼成像系统采样方式优化、图像重构算法设计及图像重构质量分析等研究工作。本文旨在探索鬼成像中的一些有趣的数学问题,主要包括:系统预处理方法、光场优化及相位恢复问题。对这些问题的研究既可以丰富鬼成像理论,又能推动它在实际应用中的发展。     

扫描隧道显微镜

十七世纪末期,Ｌｅｅｕｗｅｎｈｏｅｋ发明光学显微镜,用来观察单细胞和细菌．虽然现代光学显微镜已达到了高度发展,但由于它本身的物理局限性（平均可见光的波长比单个原子尺度大两千倍）,不可能用于探测原子结构的秘密．电子显微镜是一种高分辨率、用途广泛的物质分析工具,它非常成功地提供了晶体材料的体特性．但是,除了特殊的条件外,用电子显微镜分析表面原子结构是困难的．离子显微镜是一种结构简单,对表面特别灵?...     

新型电泵浦半导体激光器让成像更清晰

耶鲁大学开发的一种新型半导体激光器有望显著提高下一代高科技显微镜、激光投影仪、光刻、全息摄影和生物医学成像的图像质量。基于混沌空腔激光技术,该技术结合了传统激光器的高亮度优点和发光二极管(LEDs)的低图像损毁性优点。近年来,寻求高速、全景成像应用所需的更好光源,已经成为该研究领域的热点。来自美国耶鲁大学应用物理学、电子工