通过干涉和吸收滤光片的互补组合实现高灵敏度无透镜荧光成像装置

引文

本文题为“通过干涉滤光片和吸收滤光片互补组合实现的高灵敏度无透镜荧光成像装置”。作者为笹川清隆 (Kiyotaka Sasagawa)、木村绫香 (Ayaka Kimura)、春田真人 (Makito Haruta)、野田俊彦 (Toshihiko Noda)、德田隆史 (Takashi Tokuda) 和太田淳 (Jun Ohta)。作者来自日本奈良先端科学技术大学理工学研究生院材料科学系。本文发表于《生物医学光学快讯》(Biomedical Optics Express)，刊登于该期刊第9卷第9期，出版日期为2018年9月1日。具体而言，本文刊登于该期刊第4329-4344页。

关键词

• 无透镜成像
• 荧光成像
• 发射滤光片
• 干涉滤光片
• 吸收滤光片
• 光纤板 (FOP)
• 灵敏度
• 激发光抑制
• 自发荧光
• 空间分辨率
• 延时成像
• 细胞培养
• 即时检测
• 混合滤光片

简介

文章“干涉滤光片和吸收滤光片互补组合实现高灵敏度无透镜荧光成像装置”于2018年9月1日发表于《生物医学光学快讯》(Biomedical Optics Express)。作者包括：Kiyotaka Sasagawa、Ayaka Kimura、Makito Haruta、Toshihiko Noda、Takashi Tokuda 和 Jun Ohta。

摘要

无透镜荧光成像装置采用由干涉滤光片和吸收滤光片组成的混合滤光片，解决了无透镜荧光成像中的难题。该装置的激发光抑制比达到108:1，空间分辨率达到12 µm。

传统无透镜荧光成像的挑战

• 干涉滤光片虽然常用于荧光显微镜，但其透射光谱会根据光的入射角发生偏移。这种效应在对含有GFP的细胞等样品进行成像时尤其成问题，因为这些样品的激发峰和发射峰非常接近。散射光通常比荧光信号更强烈，可以穿过滤光片，从而降低其成像效果。
• 吸收滤光片的透射与角度无关，但会受到自发荧光的影响。在无透镜系统中，这种自发荧光在高激发光强度下尤为明显，限制了可实现的抑制性能。

混合滤光片：一种解决方案

混合滤光片结合了干涉滤光片和吸收滤光片，它们通过光纤板 (FOP) 连接，位于图像传感器的正上方。这种组合充分利用了每种滤光片的优势：

• 干涉滤光片具有较低的自发荧光，可以反射散射光。
• 吸收滤光片则吸收反射光，从而最大限度地降低整体自发荧光。

混合滤光片的优势

• 显著提升荧光成像性能：与单独使用吸收滤光片相比，混合滤光片的有效透射率提高了1000倍，透射率达到约10-8。
• 兼容无明场透镜成像技术：混合滤光片的平坦表面使其能够与明场成像方法集成，从而实现双模式成像。

实验验证

通过成像实验验证了混合滤光片的有效性：

• 荧光膜图案：使用混合滤光片采集的图像与使用单独的干涉滤光片或吸收滤光片采集的图像相比，对比度和清晰度更高。
• 荧光微珠：混合滤光片有效降低背景噪声，增强荧光微珠的可见度。
• 活细胞延时成像：该设备体积小巧，可在二氧化碳培养箱内对HEK293细胞进行延时成像，展现了其在活细胞研究中的潜力。

混合滤光片设计代表了无透镜荧光成像领域的重大进步，为开发适用于各种应用（包括即时诊断和活细胞成像）的紧凑型高性能设备提供了途径。

来源：https://www.semanticscholar.org/paper/Highly-sensitive-lens-free-fluorescence-imaging-by-Sasagawa-Kimura/454fb5bfa4609f9607b10b256f488fc9880d758e