基于數字全息的活體細胞動態相襯顯微觀察

劉 爍 潘 鋒 肖 文

(北京航空航天大學 儀器科學與光電工程學院，北京 100191)

數字全息技術采用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等數字相機記錄干涉圖譜，并通過數值再現來還原物光場分布，近年來其應用領域已得到了廣泛拓展［1－3］.結合數字全息和光學顯微原理而發展出來的數字全息顯微術，已經用于還原和分析MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)、生物細胞等微小物體的三維形態特征［4－6］.數字全息顯微術可同時獲得物光場的振幅和相位信息，且具有非接觸、非破壞、無標記、高分辨率的優勢，因而非常適用于生物樣品特別是活體組織和細胞的顯微觀察和定量分析，已成為數字全息應用研究中的熱點［7－9］.

為了研究生命機理和分析某些特殊的生物效應，活體細胞的培養和觀察多需在較復雜條件下完成，如在載人空間站的微重力環境下對生物細胞進行觀測實驗.與原子力顯微術、共聚焦熒光顯微術等相比，數字全息顯微術對實驗環境和樣品制備的要求相對較低，可在無損條件下進行動態定量分析.為更好地適應生物活體細胞的觀測需求，本文搭建了一套預放大離軸數字全息顯微實驗系統，利用單模光纖和光纖器件優化了光路結構，采用無窮遠校正顯微物鏡提高了成像分辨率，并引入曲率匹配透鏡對相位畸變進行了初步補償.在數值再現過程中，通過構造數字掩模對相位畸變進行了進一步的校正.對在恒溫條件下培養的小鼠活體骨細胞樣品進行了連續的動態觀察，得到了細胞……