南京大学、南智芯视(南京)科技有限公司
超构透镜技术是近十年来发展的基于纳米结构的新型光学设计，其平面超薄特性和多自由度调控为新型成像技术带来机遇。
然而，当前的超构透镜大都被用来代替传统透镜，这对光学系统的整体小型化和克服瓶颈问题方面体现不足。而且，超构透镜成像本身具有更大的色差和像差，特别是在显微成像领域，尚无一款相关技术能够解决视场范围、成像景深与分辨率矛盾的制约关系，突破传统显微成像的高通量瓶颈。
由南京大学李涛、祝世宁团队与南智芯视(南京)科技有限公司开发的“芯片式大视场超构显微镜”，基于超构透镜色散特性、超构透镜平面超薄特征以及再引入LED照明光源和液晶偏振器，构建了一套高度集成的完整显微镜系统。
图1 芯片式超构显微镜外观图及内部结构图
大视野。该技术基于先进的超构表面技术，充分利用了超构表面设计灵活的优势，基于偏振和相位的调控，设计了4 mm×4 mm（16×16个子透镜，具有可扩展性）的偏振复用超构透镜阵列，实现了视野等同与透镜阵列大小的宽场显微成像。当前，视野大小是相同分辨率下奥林巴斯物镜的7.5倍，更大的图像传感器靶面尺寸可以得到更大的视野范围。
图2 芯片式超构显微镜与奥林巴斯显微镜对比
景深可调。该技术中的超构透镜阵列由于其色散特性，具有波长变焦的能力，且在一定波长范围内成像性能好。因此，可以通过改变工作波长，获得不同深度的大视野成像结果，从而实现无机械移动的不同深度信息检测。
图3 蚊子幼虫样品和细胞溶液的光谱变焦成像结果
高集成。该技术充分发挥了超构表面超轻超薄的优势，通过将平板结构的超构表面和图像传感器集成，构建高集成的成像芯片。进一步，通过与液晶照明模块、样品架等集成，构建出体积仅厘米立方量级的芯片式超构显微镜。
自研拼接处理算法。成像过程中通过电控切换入射光偏振态获得两幅图像，结合两幅背景图，通过拼接图像处理过程，可以有效提升成像对比度，得到最终完整的全视野图像。
在肿瘤组织癌变诊断方面，芯片式超构显微镜的高成像对比度和大视野的优势可以有效地提升病理诊断的效率。其中，高成像对比度可以省掉染色的过程，而大视野则可以快速的单次获取组织病变区域的信息。
在生物医学研究方面，得益于该技术小巧、便携，且具有较高分辨率的优势。可与细胞培养箱技术结合，实现实时可视化细胞培养箱设计，可避免细胞培养过程中由于多次开箱引入的不可控因素，使细胞生长过程处在一个持久稳定的环境中。
此外，该技术也有望推向户外水质监测、居家自主血液检测、教育等更丰富的应用场景。
南智芯视(南京)科技有限公司
南智芯视(南京)科技有限公司成立于2024年，主要经营范围是新材料技术研发、光电子器件制造和光电子器件销售。该公司在光/机/电核心器件、成像算法、视觉识别算法、成像软件等核心技术上均积累深厚。
2023年度中国十大光学产业技术
特色栏目
免责
声明