1 沈阳建筑大学 机械工程学院，辽宁沈阳068
2 中国科学院 沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳110016
3 中国科学院 机器人与智能制造创新研究院，辽宁沈阳110169
为解决原子力显微镜（Atomic Force Microscope， AFM）系统更换探针后光路调整复杂耗时、精度不足的问题，本文首次提出通过精密控制探针与探针夹装配位置来实现更换的探针相对AFM系统原光路位置的一致，进而实现免去AFM系统换针后调整光路步骤。该系统的光路一致性组件采用光束偏转法对探针位置与偏转进行放大与监测，并使用高精度位移与角度调节平台进行探针相对于探针夹的方位调整。通过实物搭建对探针一致性效果进行了验证，并对紫外光（Ultraviolet， UV）胶水固化过程导致探针位置偏移影响；探针不同偏移量时产生的探测器噪音对AFM系统成像质量影响进行了系统分析。实验结果表明：经由该系统装配的探针平均位置精度接近1.1 µm；并且在AFM系统中更换一致性探针仅需8 s。该系统实现了高精度且质量稳定的探针一致性装配，极大地简化了AFM系统重新校准光路的操作步骤，其与自动换针装置配合可有效提升工业计量型AFM的操作与测量性能。
原子力显微镜 探针装配 光束偏转法 微米级位移调节 Atomic Force Microscopy（AFM) probe assembly beam deflection method micron-level displacement adjustment
南方科技大学生物医学工程系，广东 深圳 518055
由于衍射极限的存在，传统的光学成像手段无法观测细胞器结构及细胞器之间的相互作用。单分子定位显微成像技术作为三种超分辨技术中分辨率最高的成像技术，为生命科学领域的研究提供了重要手段。大视场高通量单分子成像技术具有分辨率高、成像范围大和成像时间短等特点，在生物医学领域广泛用于观察和分析复杂的生物结构和功能。从基于硬件扫描的拼接成像技术、基于大面阵sCMOS的大视场高通量成像技术、大景深单分子定位成像技术、高通量数据分析技术4个方面回顾近年来大视场高通量单分子定位技术的研究进展。最后，对大视场高通量单分子定位成像技术的发展方向进行展望。
高通量 大视场 单分子定位显微镜 超分辨成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618004
1 长春理工大学物理学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学吉林省光谱探测科学与技术重点实验室，吉林 长春 130022
3 吉林求是光谱数据科技有限公司，吉林 长春 130000
目前的显微光谱成像系统的探测模块主要以推扫型光谱成像仪为主，无法进行动态微观样本的观测。基于超材料宽谱调制型光谱成像技术体制，使用该原理研制的快照式光谱相机作为探测模块，其与显微镜模块形成新型的快照式显微光谱成像系统。该系统可实时获取样本的光谱曲线与光谱图像信息。同时利用该系统获取不同藻类的吸收光谱曲线，进一步使用基于支持向量机的图像分割识别算法，对水中的动态藻类样本进行识别。共测试样本80个，预测结果准确率为100%，召回率为65.52%，为快照式光谱成像技术在显微领域的应用奠定基础。
显微镜 光谱成像 快照式 吸收光谱 目标识别 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618023
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 湖北省高端生物医学成像重大科技基础设施，湖北 武汉 430074
近几十年来，光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新，显著提升了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术，光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本，大大提高了光子利用效率，降低了光毒性，并显著提升了成像速度。光片显微镜问世以来，其在生命科学研究中的应用范围逐渐拓宽，从胚胎学、神经科学到肿瘤研究等多个领域均有所涉及，不仅可用于观察细胞和组织的基本结构，还可用于实时监测生物过程中的动态变化。同时，其跨尺度的特点使其适用于从宏观到微观的多个尺度上的观察。本文综述了光片显微镜在高通量成像、超分辨成像以及易用性方面的应用及发展，旨在为生命科学研究人员提供全面的了解和参考，推动光片显微镜在更多领域的应用和发展。
荧光显微成像 光片荧光显微镜 高通量成像 超分辨成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618019
1 中国科学技术大学生物医学工程学院，江苏 苏州 215163
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室，江苏 苏州 215163
光片显微镜由于具有强大的光学层切能力、较快的成像速度和较低的光损伤，成为三维成像的重要工具。光片显微镜通常利用两个垂直放置的物镜分别进行照明和成像，这带来了对样品的空间限制并禁用了高数值孔径的成像物镜。以倾斜平面照明和微镜微器件反射技术为代表的单物镜光片显微技术突破上述限制，展示出在高分辨率和体积高速成像方面的优势，并且可与超分辨显微术等多种技术结合，在近年来取得了巨大发展。介绍单物镜光片显微成像技术的原理、关键性能的提升和其在生物医学的应用。
生物光学成像 光片显微镜 三维成像 荧光显微镜 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618014
戴太强 1,2,3,4马英 5杜宇轩 1,2,3,4侯燕 1,2,3,4[ ... ]孔亮 1,2,3,4,*
1 口颌系统重建与再生全国重点实验室，陕西 西安 710032
2 国家口腔疾病临床医学研究中心，陕西 西安 710032
3 陕西省口腔疾病临床医学研究中心，陕西 西安 710032
4 第四军医大学口腔医院颌面外科，陕西 西安 710032
5 西安电子科技大学物理学院，陕西 西安 710171
6 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
分离培养SD大鼠骨髓间充质干细胞，传代纯化后接种至共聚焦培养皿，置于自主研发搭建的平场定量相位显微镜下，利用荧光及相位双通道证实线粒体特征后，进行长时间无标记观察，分析平场定量相位显微镜观察到的线粒体分裂、融合过程，以及细胞凋亡过程中的线粒体变化。平场定量相位显微镜无标记观察到的线粒体可与荧光标记的线粒体完全重叠，表明平场定量相位显微镜可以清晰观察线粒体并进行无标记高分辨率成像。同时，平场定量相位显微镜可以对培养条件下的骨髓间充质干细胞进行长时间无标记观察，并高分辨率记录线粒体分裂、融合过程。此外，还利用平场定量相位显微镜首次完整记录了CCCP作用下线粒体的变化，该变化直观地呈现了线粒体途径的细胞凋亡过程。平场定量相位显微镜可以对培养的细胞进行长时间无标记高分辨率观察，为线粒体动力学的研究提供了一种新的观察手段。
无标记成像 平场定量相位显微镜 骨髓间充质干细胞 线粒体动力学 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618020
1 北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191
2 电子科技大学物理学院，四川 成都 611731
3 中国科学院物理研究所，北京 100191
4 张江实验室，上海 201210
基于自旋电子材料的太赫兹（THz）发射器具有高效率、超宽带、低成本、易集成等许多独特优势，不仅能够应用在高重复频率激光振荡器驱动的THz时域光谱仪上，而且在高能飞秒激光放大器驱动下能够产生强场THz电磁脉冲，在THz谱学成像、强场THz物理等方面已展现出重要的应用价值。然而，以往基于自旋电子产生THz电磁波的辐射机理和器件研制方面的工作均基于远场THz时域光谱技术，得到的结果是对泵浦激光光斑作用面积的THz发射信息的平均，无法给出材料在微纳尺度上的超快自旋电流以及THz发射性能方面的有用信息。本工作采用光纤飞秒激光器驱动的超快THz散射型扫描近场光学显微成像技术，研究了铁磁异质结材料钨/钴铁硼/铂（W/CoFeB/Pt）在纳米空间尺度下的自旋电子太赫兹发射性能，在横向百纳米尺度上获得了高信噪比的自旋电子THz发射，为纳米空间分辨上实现THz频率的超快自旋电流的产生、探测、操控等提供了新方法，对超快THz自旋光电子学的发展有一定的参考价值。
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0325001
大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
超分辨荧光显微镜突破了传统荧光显微镜的分辨率限制，使得人们能够在纳米量级分辨率下观察细胞和组织样品，极大地推动了生命科学的发展。在这一技术中，仪器和样品引入的像差均会导致空间分辨率降低，进而导致成像质量恶化。为此，人们引入了自适应光学技术，通过直接或间接的手段探测像差，再通过波前校正元件来校正像差，从而获得高质量的超分辨图像。本文介绍了自适应光学的起源与工作原理，总结了其在超分辨荧光显微镜中的应用，并展望了其未来的发展前景。
显微 荧光显微镜 超分辨 自动与自适应光学 像差补偿 波前传感
1 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 浙江大学脑科学与脑医学学院，浙江 杭州 310058
3 浙江大学教育部脑与脑机融合前沿科学中心，浙江 杭州 310058
神经环路动态功能的解析是当前脑科学领域的重点和难点，微型化显微成像技术为其研究提供了重要手段。相较于双光子荧光成像和光纤光度法，微型化显微系统能够在模式动物自由活动状态下进行长时程、单细胞分辨率、实时成像。近十几年来，科学家们围绕可穿戴、高稳定性要求，先后研制了单光子、多光子成像系统，并从荧光探针、光电子元件、数据传输等方面进行不断优化，提升系统性能，扩展应用范围。将从成像原理、基本结构、系统优化、应用方案及未来发展方向等方面对微型化显微成像系统进行分析和讨论，综述各方向研究进展，旨在为该领域技术提升和神经科学应用提供参考。
微型化显微成像 单光子微型化显微镜 多光子微型化显微镜 活体荧光成像 单细胞分辨精度 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211009
