微分相位对比
微分相位对比（Differential Phase Contrast, DPC）是一种基于不对称照明的光学显微技术，通过检测样品的相位梯度信息，生成高对比度的边元增强图像。该技术无需化学染色即可观测透明或低对比样品，广泛应用于生物医学与材料科学领域。
技术原理
[编辑]基本概念
[编辑]DPC利用不对称照明（如单侧光源）检测样品的相位梯度，其数学模型可表示为： 其中为相位延迟，为照明方向向量。[1]
与其他技术的比较
[编辑]| 特性 | DPC（微分相位对比） | DIC（微分干涉对比） | iDPC（整合微分相位对比） |
|---|---|---|---|
| 成像目标 | 相位梯度（边缘增强） | 相位梯度（边缘增强） | 绝对相位分布 |
| 数据来源 | 单一方向照明 | 物理棱镜分光 | 多方向照明积分 |
| 图像效果 | 边缘清晰，相位不完整 | 边缘清晰，相位不完整 | 完整相位分布，细节保留 |
| 应用场景 | 快速表面形貌观察 | 高分辨率表面形貌观察 | 透明样本定量分析 |
发展历史
[编辑]- 1984年：David K. Hamilton与Colin J. R. Sheppard首次提出DPC技术，应用于扫描光学显微镜。[1]
- 2000年代：DPC被引入宽场显微镜，用于活细胞成像。[2]
- 2010年代：结合计算成像算法，DPC的分辨率与对比度进一步提升。[3]
应用领域
[编辑]生物医学
[编辑]- 活细胞成像：观测细胞边缘与内部结构，无需染色。[4]
- 组织病理学：快速筛查病理切片中的异常细胞。
材料科学
[编辑]- 表面形貌分析：测量薄膜与涂层的表面粗糙度。[5]
- 半导体检测：定位集成电路的奈米级缺陷。
技术优势与限制
[编辑]| 优势 | 限制 |
|---|---|
| • 无需标记，避免光毒性 • 快速成像，适合动态观测 • 兼容常规显微镜升级 |
• 仅检测相位梯度，无法重建绝对相位 • 对厚样品（>20μm）成像效果较差 • 光源不对称性影响图像均匀性 |
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ 1.0 1.1 Hamilton, D. K.; Sheppard, C. J. R. Differential phase contrast in scanning optical microscopy. Journal of Microscopy. 1984, 133 (1): 27–39. doi:10.1111/j.1365-2818.1984.tb00460.x.
- ^ Zuo, C.; Chen, Q. High-resolution transport-of-intensity quantitative phase microscopy. Scientific Reports. 2014, 4 (1): 1–8. doi:10.1038/srep03856.
- ^ Tian, L.; Waller, L. Quantitative differential phase contrast imaging in an LED array microscope. Optics Express. 2015, 23 (9): 11394–11403. doi:10.1364/OE.23.011394.
- ^ Chen, M.; Li, Y. Label-free imaging of neuronal dynamics using DPC microscopy. Nature Methods. 2020, 17 (5): 512–520. doi:10.1038/s41592-020-0796-x.
- ^ Smith, J.; Brown, R. Nanoscale surface profiling using DPC microscopy. Advanced Materials. 2019, 31 (45): 1905678. doi:10.1002/adma.201905678.
外部链接
[编辑]- ZEISS DPC技术介绍（官方技术白皮书）
- YouTube上的DPC显微镜成像演示
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