基于年轻探测技术的荧光显微镜：无需阵列式驱动器的单像素成像技术

《Scientific Reports》：Young probing fluorescence microscopy: Single-pixel imaging free of array-type actuators

　　

摘要

以往的单像素成像技术依赖于阵列式执行器，在空间中以明确的模式编码结构信息，从而实现图像合成而无需使用相机。在显微镜领域，网格状排列的元件（通常是数字微镜设备中的镜片）的二进制响应将其成像分辨率限制在2.7微米。在此，我们提出了一种新的单像素成像技术——“杨氏探测”（Young probing）：该技术利用简单的偏转系统在待观察物体上形成可自由定义的正弦波探针图案，从而规避了阵列式执行器和传统相机在探测和检测方面的局限性。我们在单像素荧光显微镜中展示了这一技术的应用，详细说明了校准流程以及消除混叠现象（即“卷绕效应”）的方法，最终实现了0.5微米的成像分辨率（相比传统技术提升了5倍以上）。通过这一技术，单像素成像的分辨率提升到了足以捕捉生物细胞形态的水平，使得基于投影成像和体积探测的方法成为可能，其信号采集效率仅受成像系统数值孔径的限制。我们展示了活细胞的投影成像效果，并证明了该技术与光谱检测的兼容性。最后，我们探讨了杨氏探测技术在其他光谱范围、对比度以及相机或阵列式执行器难以处理的辐射类型中的普遍适用性。