我国研制出新型光学元件，让显微镜看得更清楚

仙仙

记者从中国科学技术大学获悉，该校物理学院张斗国教授研究组提出并实现了一种基于光学薄膜的平面型显微成像元件，用作被测样本的载玻片，可在常规的明场光学显微镜上实现暗场显微成像和全内反射成像，从而获取高对比度的光学显微图像。研究成果日前发表在《自然·通讯》。


通用的光学显微镜利用光线照明，样本中各点依其光吸收的不同在明亮的背景中成像。但对于一些未经染色处理的生物标本或者其他透明样本，由于对光线的吸收很少，因此其明视场显微镜像的对比度差，难以观测。为了解决这个问题，科学家们发展出暗视场显微镜、全内反射显微镜等，广泛应用于物质表面或界面的动态观察。但这两种显微镜都需要复杂的光学元件，如暗场显微镜需要一个特殊的聚光镜来实现照明光以大角度入射到样品；全内反射显微镜需要高折射率棱镜或高数值孔径显微物镜来产生光学表面波；这些元件体积较大，不易集成；同时成像效果严格依赖于光路的精确调节，增加了其操作复杂度。


为有效弥补这些不足，科研人员巧妙地设计了基于光学薄膜的平面型显微成像元件，主要包含三部分：上部和下部是由高低折射率介质周期性排布形成的光学薄膜，中间部分是掺杂有高折射率散射纳米颗粒的聚合物薄膜。进一步实验结果表明，该方法不仅可以实现介质薄膜上的表面波，也可用于激发目前引起广泛兴趣的金属薄膜表面等离激元，利用其作为照明光源，实现了一种新的表面等离激元共振显微镜架构，相对于目前广泛使用的基于油浸物镜的表面等离激元共振显微镜，基于光学薄膜器件的表面等离激元显微镜结构简单，成本低、操作便利，易于集成。


上述研究结果表明，不需要改变现有显微镜的主体光路架构，通过设计、制作合适的显微镜载玻片，就可以有效提升其成像对比度，拓展其成像功能。（记者吴长锋）