近日，中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的研究人員研發(fā)出具有實(shí)時(shí)視覺(jué)反饋能力的掃描微透鏡超分辨成像技術(shù)，這種新技術(shù)可在自然條件下打破光學(xué)衍射定律所限制的觀測(cè)極限，實(shí)現(xiàn)生命和非生命樣品的超分辨實(shí)時(shí)觀測(cè)，讓納米機(jī)器人的眼睛更加“銳利”。相關(guān)成果發(fā)表在近日的《自然通訊》期刊上。
光學(xué)顯微鏡所能觀測(cè)的物體極限尺寸為200nm，仍然不能滿足科學(xué)發(fā)展的需求。為了突破衍射極限，科研人員發(fā)展了STED、PALM、STORM等一系列新型光學(xué)成像技術(shù)，極大地?cái)U(kuò)展了人類觀測(cè)微小世界的能力。“這些成像技術(shù)多采用時(shí)間換空間的方式，存在速度慢、需要熒光染色、外部激光激發(fā)等問(wèn)題，這就使得這些超分辨熒光顯微鏡在實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性，考慮到納米機(jī)器人操作對(duì)象和工作環(huán)境，這些方法的局限性將表現(xiàn)得尤為突出?！闭撐牡谝蛔髡咄躏w飛博士認(rèn)為。
為此，沈陽(yáng)自動(dòng)化所微納米課題組對(duì)微透鏡超分辨成像物理機(jī)制進(jìn)行了深入研究，證明了倏逝波在微透鏡超分辨成像中所起到的作用，解釋了超分辨能力來(lái)源，對(duì)微透鏡成像機(jī)理進(jìn)行了研究，基于譜分析方法進(jìn)行的理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性，提出了基于改變光照條件來(lái)提高微透鏡分辨率的方法，并對(duì)背后機(jī)理進(jìn)行了理論闡述。
在此基礎(chǔ)上，科研人員借鑒機(jī)器人的感知、決策和控制理論，設(shè)計(jì)并搭建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超分辨成像系統(tǒng)，提出了具有納米精度的對(duì)微透鏡空間位置動(dòng)態(tài)閉環(huán)反饋控制方法，實(shí)現(xiàn)了微透鏡與樣品間距與相互作用力的有效控制。在免標(biāo)記自然光照射條件下，對(duì)活體細(xì)胞、IC芯片等實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、大范圍超分辨成像，分辨率達(dá)到65nm，驗(yàn)證了相關(guān)理論的先進(jìn)性和正確性。
由于該技術(shù)不受樣品和環(huán)境的限制，實(shí)現(xiàn)了納米尺度生命物質(zhì)和非生命物質(zhì)的動(dòng)態(tài)追蹤，提升了納米機(jī)器人的功能和性能，應(yīng)用前景更為廣闊。
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