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超分辨成像系统让纳米机器人眼光更犀利

关键词:超分辨成像  纳米机器人



2016-12-20 来源:中国化学仪器网 点击


  近日,中科院沈阳自动化研究所的研究人员研发出具有实时视觉反馈能力的扫描微透镜超分辨成像技术,这种新技术可在自然条件下打破光学衍射定律所限制的观测极限,实现生命和非生命样品的超分辨实时观测,让纳米机器人的眼睛更加“锐利”。相关成果发表在近日的《自然通讯》期刊上。

  光学显微镜所能观测的物体极限尺寸为200nm,仍然不能满足科学发展的需求。为了突破衍射极限,科研人员发展了STED、PALM、STORM等一系列新型光学成像技术,极大地扩展了人类观测微小世界的能力。“这些成像技术多采用时间换空间的方式,存在速度慢、需要荧光染色、外部激光激发等问题,这就使得这些超分辨荧光显微镜在实际应用中存在一定局限性,考虑到纳米机器人操作对象和工作环境,这些方法的局限性将表现得尤为突出。”论文第一作者王飞飞博士认为。

  为此,沈阳自动化所微纳米课题组对微透镜超分辨成像物理机制进行了深入研究,证明了倏逝波在微透镜超分辨成像中所起到的作用,解释了超分辨能力来源,对微透镜成像机理进行了研究,基于谱分析方法进行的理论分析与实验结果具有很好的一致性,提出了基于改变光照条件来提高微透镜分辨率的方法,并对背后机理进行了理论阐述。

  在此基础上,科研人员借鉴机器人的感知、决策和控制理论,设计并搭建了具有自主知识产权的超分辨成像系统,提出了具有纳米精度的对微透镜空间位置动态闭环反馈控制方法,实现了微透镜与样品间距与相互作用力的有效控制。在免标记自然光照射条件下,对活体细胞、IC芯片等实现了实时、大范围超分辨成像,分辨率达到65nm,验证了相关理论的先进性和正确性。

  由于该技术不受样品和环境的限制,实现了纳米尺度生命物质和非生命物质的动态追踪,提升了纳米机器人的功能和性能,应用前景更为广阔。

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