基于共聚焦干涉的表面等离子体在液态环境中的显微成像与传感方法研究

Superresolution imaging technology plays an important role in the material analysis and complication biochemical process, and surface plamon resonance (SPR) Microscopy is a big branch in this field.This project is on the confocal interferometric surface plasmon microscopic imaging and sensing methodology. With the super high sensitivity of the method, we will optimize the lateral resolution and develop a new imaging system with high resolution which can be used in aqueous environment; Owing to the ratherly low numerical aperture, a new phase reconstruction algorithm for aqueous environment will be proposed; Based on this system and the new algorithm, we will image the biological sample like protein grating in aqueous environment and the resolution should be in the nano dimension.

表面等离子体（SPR）高分辨率成像技术是分析材料特性及研究复杂生物化学过程的重要工具。本项目主要研究基于共聚焦干涉的表面等离子体的显微成像与传感方法，在保持SPR技术的超高灵敏度的前提下，通过对其横向分辨率进行优化，设计出一套适用于液体环境的新型高分辨率成像方法；同时针对液态环境下油浸显微镜的数值孔径的裕量不足的问题，提出一套适用于液态环境下成像的相位重构算法；并在此基础上实现横向分辨率在纳米量级的液态环境下的生物样品（蛋白质光栅）成像。

基于表面等离子体（SPR）而发展起来的检测技术在医疗诊断、环境检测、生化分析等领域有广泛的应用。由于受到SPR波的传播长度的影响，该技术的横向分辨率通常在微米量级，限制了其在纳米尺度超显微分辨上的应用。本项目针对双臂差分干涉SPR显微镜存在系统复杂、对环境非常敏感、功能单一等问题，提出并研发了一套单臂共轴共聚焦表面等离子体超显微成像系统，并完成了包括光学系统、机电系统、调制系统、控制系统、图像处理与模式识别系统等的搭建与优化。针对液态环境下油浸显微物镜的数值孔径（NA）裕量不足的问题，分别提出并应用了两种解决策略：1）固浸显微物镜以及针对固浸物镜的免扫描式V(z)技术；2）基于notch filter的免光瞳调制V(z)技术，并从实验上实现了包括‘Bow-tie’在内的多种“瞳函数工程”调制方法对系统的信噪比进行了优化。同时完成了基于phase-stepping的SPR相位提取算法、三种后焦面上SPR吸收谱提取与图像重构算法，并实现了纳米结构的超显微成像。该系统目前已申请32项国家发明专利，4项软件著作权，4篇文章，同时有多篇高水平文章在审。