相襯顯微鏡可以無(wú)需染色觀察相位物體圆存。大多數(shù)的活細(xì)胞是透明的(即相位物體)，光的吸收和散射都很弱仇哆，由細(xì)胞厚度或折射率變化來(lái)改變?nèi)肷涔獠ǖ奈幌喾植悸僬蕖６搜壑荒芨惺芄鈴?qiáng)的變化，不能辨別位相變化讹剔。 解決這一困難需要將位相變化轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度的變化油讯。生物學(xué)家采用對(duì)透明細(xì)胞的染色技術(shù)達(dá)到這一目的。但是延欠，染色會(huì)對(duì)細(xì)胞的健康陌兑、結(jié)構(gòu)等帶來(lái)一系列影響，使得我們不能在顯微鏡下如實(shí)的觀察細(xì)胞的生命過(guò)程由捎。Zernike發(fā)明的相襯顯微鏡通過(guò)改變直接透射光和相位物體微弱的散射光之間的位相關(guān)系兔综，將空間的位相變化轉(zhuǎn)換成人眼可觀測(cè)的強(qiáng)度變化，使得透明相位物體無(wú)需染色即可清晰的觀察其內(nèi)部細(xì)節(jié)狞玛。然而软驰，相襯顯微鏡只能定性觀察，不能得到定量的結(jié)果为居。
博覽：2011 Optics Express 空間光干涉顯微鏡(SLIM)
技術(shù)背景：
相襯顯微鏡可以無(wú)需染色觀察相位物體碌宴。大多數(shù)的活細(xì)胞是透明的(即相位物體)，光的吸收和散射都很弱蒙畴，由細(xì)胞厚度或折射率變化來(lái)改變?nèi)肷涔獠ǖ奈幌喾植挤×汀６搜壑荒芨惺芄鈴?qiáng)的變化呜象，不能辨別位相變化。 解決這一困難需要將位相變化轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度的變化碑隆。生物學(xué)家采用對(duì)透明細(xì)胞的染色技術(shù)達(dá)到這一目的恭陡。但是，染色會(huì)對(duì)細(xì)胞的健康上煤、結(jié)構(gòu)等帶來(lái)一系列影響休玩，使得我們不能在顯微鏡下如實(shí)的觀察細(xì)胞的生命過(guò)程。Zernike發(fā)明的相襯顯微鏡通過(guò)改變直接透射光和相位物體微弱的散射光之間的位相關(guān)系劫狠，將空間的位相變化轉(zhuǎn)換成人眼可觀測(cè)的強(qiáng)度變化拴疤，使得透明相位物體無(wú)需染色即可清晰的觀察其內(nèi)部細(xì)節(jié)。然而独泞，相襯顯微鏡只能定性觀察呐矾，不能得到定量的結(jié)果。
定量結(jié)果需要定量相位成像懦砂。定量相位成像最近已成為一個(gè)活躍的領(lǐng)域蜒犯，并提出了各種實(shí)驗(yàn)方法≤癖欤可以用于細(xì)胞成像和全局細(xì)胞參數(shù)的評(píng)估罚随，如干物質(zhì)質(zhì)量、平均折射率和組織切片的統(tǒng)計(jì)參數(shù)等羽资。
當(dāng)前不足：
定性的相襯顯微鏡無(wú)法量化待測(cè)樣本的相位淘菩，而定量相位成像由于其通常使用激光照明，其產(chǎn)生的散斑使得圖像對(duì)比度無(wú)法與白光照明顯微的對(duì)比度相比削罩，且實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜和維護(hù)成本高瞄勾，限制了它在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用费奸。
文章創(chuàng)新點(diǎn)：
基于此弥激，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的Zhuo Wang(第一作者)和Gabriel Popescu(通訊作者)等人提出一種空間光干涉顯微鏡(spatial light interference microscopy, SLIM)。其將Zernike相襯法與Gabor全息相結(jié)合愿阐，在揭示細(xì)胞結(jié)構(gòu)的內(nèi)源對(duì)比度的同時(shí)微服，可以呈現(xiàn)整個(gè)樣品的定量光程長(zhǎng)。其主要特點(diǎn)有：
（1）圖像無(wú)散斑缨历，可實(shí)現(xiàn)0.3nm的空間靈敏光程測(cè)量以蕴。
（2）采用同軸干涉，可實(shí)現(xiàn)0.03nm的時(shí)間靈敏光程測(cè)量辛孵。
原理解析：
（1）SLIM裝置丛肮。SLIM通過(guò)在商業(yè)相襯顯微鏡的輸出像面附加一個(gè)額外的空間光調(diào)制模塊完成(如圖1a所示)。傅里葉透鏡L1將商業(yè)相襯顯微鏡中包含相移環(huán)的物鏡出瞳成像到反射式液晶相位調(diào)制器(LCPM)表面上魄缚，LCPM上的模式精確匹配相位環(huán)圖像的大小和位置宝与，從而精確控制像場(chǎng)的散射和非散射分量之間額外的相位延遲焚廊。具體來(lái)講，相襯顯微鏡讓樣品的散射光和非散射光之間產(chǎn)生π/2的相移习劫，而隨后的空間光調(diào)制模塊以π/2為增量咆瘟，進(jìn)一步的增大相移量，并記錄下每一次相移時(shí)的圖像(如圖1b所示)诽里。憑借ccd記錄的4幅相移圖像袒餐，從而生成確定的定量相位圖像。圖1c是海馬神經(jīng)元的定量相位圖谤狡。(數(shù)學(xué)原理見(jiàn)末尾附錄)
視頻1：活海馬神經(jīng)元的 SLIM 成像
參考文獻(xiàn)：Zhuo Wang, Larry Millet, Mustafa Mir, Huafeng Ding, Sakulsuk Unarunotai, John Rogers, Martha U. Gillette, and Gabriel Popescu, "Spatial light interference microscopy (SLIM)," Opt. Express 19, 1016-1026 (2011)
DOI：https://doi.org/10.1364/OE.19.001016
附錄：
樣本的相位可以描述為：
n-n0是樣本與周?chē)橘|(zhì)的折射率差灸眼，h是樣本的局部厚度，λ是照明光源的中心波長(zhǎng)墓懂。通過(guò)測(cè)量出相位幢炸，可以知道局部厚度h。本文的方法就是為了通過(guò)獲得相位反推厚度拒贱。
假設(shè)非散射光場(chǎng)為E0,散射光場(chǎng)為E1(x,y)宛徊，則CCD上的光強(qiáng)為：
ΔΦ(x,y)是E0和E1(x,y)之間的相差，nπ/2是空間光調(diào)制模塊附加的相位逻澳。以π/2為增量闸天，取4個(gè)值(即采集四幅強(qiáng)度圖像)。得到：
令
其中
從而
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