1 弱光非线性光子学教育部重点实验室，南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，天津 300071
2 药物化学生物学全国重点实验室，南开大学生命科学学院，细胞应答交叉科学中心，天津 300071
3 南开大学深圳研究院，广东 深圳 518083
4 极端光学协同创新中心，山西大学，山西 太原 030006
随机光学重建显微术（STORM）基于免疫荧光标记技术，具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点，一直受到科研工作者的青睐，但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记，“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适性更强。二抗相对一抗存在物种特异性的问题，生产时需要对其进行预吸附来提升物种特异性。为了探究二抗物种特异性对双色STORM成像的影响，基于经典的红细胞骨架模型中血影蛋白N端和C端的互斥位置关系，对二者使用高、低吸附二抗标记后分别进行双色STORM成像，对照模拟中有无信号串扰条件下的互相关分析结果，结果表明低吸附二抗会造成二者共定位的假象。进一步，分别通过高、低吸附二抗对MDA-MB-231乳腺癌细胞CD47和PD-L1两种膜蛋白进行双色STORM成像，结果揭示两种蛋白无共定位关系。本研究为二抗物种特异性的评估提供了一种基于红细胞骨架结构模型的超分辨成像新策略，助力双色STORM成像精准阐明蛋白分子互作关系。
超分辨成像 随机光学重建显微术 免疫荧光 红细胞膜骨架 互相关分析 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618008
国家纳米科学中心中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室，北京 100190
超分辨显微成像技术自诞生以来，凭借其优异的纳米级空间分辨率，已成为生命科学研究中精准揭示复杂生命现象的重要成像技术。其中，基于单分子定位的超分辨成像策略，使得定位、观察、研究单个探针分子独特的理、化、光学性能成为可能。偏振作为荧光信号的一个重要特性，近年来伴随着单分子三维取向成像技术的发展，逐步在单分子成像和超分辨领域中展示出诸多新颖且重要的应用特性。本文总结了单分子三维取向超分辨成像技术的最新进展，介绍并分析了两类主要的单分子三维取向荧光显微技术——基于荧光吸收与辐射偏振调制的单分子三维取向成像方法以及利用点扩散函数工程将单个荧光分子的三维取向信息编码到荧光图像上的成像策略。此外，还探讨了应用于活细胞或单颗粒的其他类型的超分辨取向成像技术。最后，针对单分子三维取向超分辨成像技术发展与应用前景面临的挑战，进行了总结与展望。
显微 单分子荧光 超分辨成像 单分子空间取向 单分子定位显微术 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618015
天津大学精密仪器与光电子工程学院太赫兹研究中心，天津 300072
纳米尺度上的超快动力学研究对现代纳米技术的应用具有重要的指导意义。太赫兹辐射在电磁波谱中独特的位置使其被广泛应用于各种物性的研究。然而衍射极限的存在限制了太赫兹辐射在纳米和亚纳米尺度上的应用。为了应对这一挑战，太赫兹扫描隧道显微镜（THz-STM）应运而生。通过原子级针尖来增强并束缚住太赫兹辐射，将太赫兹成像的空间分辨率提升了多达6个数量级。为了进一步推动国内THz-STM相关研究的发展，重点介绍了THz-STM的发展历程、基本原理、系统构成以及潜在应用，包括在半导体和单分子中的超快动力学研究，并对该领域的下一步发展进行了展望。
显微 太赫兹扫描隧道显微术 泵浦探测技术 太赫兹显微技术 中国激光
2023, 50(17): 1714002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，中国-俄罗斯“一带一路”激光科学联合实验室，上海 201800
4 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
扫描白光干涉术是目前最精确的表面形貌测量技术之一，被广泛应用于工业与科研领域。从发明至今的三十余年间，在精密光学、半导体、汽车及航天等先进制造领域的需求牵引下，该技术不断取得新的进展与突破。本文从技术应用、方法和算法创新、系统设计、理论模型、校准与误差补偿等方面，总结了过去二十年扫描白光干涉技术的重要进展，对该领域进一步发展提出了展望。
测量 白光干涉术 表面形貌 计量学 光学成像 干涉显微术 先进制造 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312005
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
3 东莞理工学院电子工程与智能化学院，广东 东莞 523808
提出一种利用调制深度响应曲线的全局信息进行重叠峰识别的结构光照明显微术，采用有边界约束的最优化算法解析得到薄膜样本各表面的高度，进而实现厚度分辨力高、精度高、计算速度快的膜层厚度分布测量与表面形貌重构。根据仿真分析，在理想条件下所提方法可将厚度检测分辨力从483 nm提升至175 nm，并通过实验证明了所提方法可减少迭代次数，且具有较高的重复性精度。
测量 光学检测 结构光照明显微术 光学薄膜 调制深度响应 厚度检测 光学学报
2022, 42(20): 2012001
1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
测量技术正不断向着精密化、智能化、集成化的方向发展, 具有代表性的光谱共焦测量技术是在激光共焦显微技术的基础上发展而来, 利用色散原理和光谱仪解码分析实现高精度测量。光谱共焦测量技术可进行位移测量、三维重建、表面粗糙度检测和厚度检测, 具有无接触、高效率、在线测量等优点, 在精密测量中发挥着重要作用, 被广泛应用于微电子、工程材料、生物医学和航空航天等领域。近年来, 光谱共焦系统在光学系统结构、光学镜头设计、光源优化和数据处理算法等各个方面取得了重大进展。文章对光谱共焦测量技术进行综述, 论述了光谱共焦测量技术相较于其他测量方法的优势, 综述了光谱共焦技术的测量原理、发展历程与应用进展, 并对光谱共焦测量技术的发展趋势进行了展望。
光谱共焦显微术 激光共焦扫描显微术 微纳测量 精密测量 chromatic confocal microscopy laser scanning confocal microscopy micro-nano measurement precision measurement
1 华南师范大学生物光子学研究院，教育部激光生命科学重点实验室，广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院，广东省激光生命科学重点实验室，广东 广州 510631
3 师大瑞利光电科技(清远)有限公司，广东 清远 511517
亚细胞器是细胞的重要组成单位，其形态结构与动力学特性直接反映了细胞的生理状态。21世纪初新兴的结构光照明显微技术、受激发射损耗显微技术和单分子定位成像技术等超分辨显微成像技术，巧妙地绕过了光学衍射极限对成像分辨率的限制，目前已被广泛应用于活细胞亚细胞器精细结构的观察及其动力学过程的监测上。本文首先介绍了上述三种超分辨显微成像技术的基本原理和特点，然后介绍了活细胞中细胞核、细胞骨架、线粒体、内质网等亚细胞器的超分辨精细结构和动力学特性，最后讨论了亚细胞器超分辨精细结构成像与机器学习、图像处理相结合的发展潜力。
生物光学 超分辨显微术 荧光显微镜 亚细胞器精细结构 机器学习 中国激光
2022, 49(20): 2007203
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
提出了一种基于分束棱镜分光的共路离轴数字全息光路系统，该系统不仅能任意调节物光光强与参考光光强的比值，还可以灵活调节全息图频谱三项分离的距离，解决了传统针孔滤波共路离轴数字全息系统记录的全息图条纹对比度不高和记录器件的空间带宽积利用率不充分的问题。在理论和实验上分析了系统调试条纹对比度和频谱三项距离的可行性，介绍了相应的调节方法，并通过实验分析验证了该系统的成像性能。
全息 数字全息技术 显微术 定量相位测量 频谱滤波 中国激光
2022, 49(13): 1309002
