微分相位對比

微分相位對比（Differential Phase Contrast, DPC）是一種基於不對稱照明的光學顯微技術，通過檢測樣品的相位梯度信息，生成高對比度的邊元增強圖像。該技術無需化學染色即可觀測透明或低對比樣品，廣泛應用於生物醫學與材料科學領域。

技術原理

DPC利用不對稱照明（如單側光源）檢測樣品的相位梯度，其數學模型可表示為： $I_{DPC}\propto \nabla \phi \cdot \mathbf {S}$ 其中 $\phi$ 為相位延遲， $\mathbf {S}$ 為照明方向向量。^[1]

特性	DPC（微分相位對比）	DIC（微分干涉對比）	iDPC（整合微分相位對比）
成像目標	相位梯度（邊緣增強）	相位梯度（邊緣增強）	絕對相位分布
數據來源	單一方向照明	物理棱鏡分光	多方向照明積分
圖像效果	邊緣清晰，相位不完整	邊緣清晰，相位不完整	完整相位分布，細節保留
應用場景	快速表面形貌觀察	高解析度表面形貌觀察	透明樣本定量分析

1984年：David K. Hamilton（英語：David K. Hamilton）與Colin J. R. Sheppard（英語：Colin J. R. Sheppard）首次提出DPC技術，應用於掃描光學顯微鏡。^[1]
2000年代：DPC被引入寬場顯微鏡，用於活細胞成像。^[2]
2010年代：結合計算成像算法，DPC的解析度與對比度進一步提升。^[3]

優勢	限制
• 無需標記，避免光毒性 • 快速成像，適合動態觀測 • 兼容常規顯微鏡升級	• 僅檢測相位梯度，無法重建絕對相位 • 對厚樣品（>20μm）成像效果較差 • 光源不對稱性影響圖像均勻性

^ ^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.

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