数字全息显微镜 HO-DHM-UT01

HO-DHM-UT01 是一种透射式直立数字全息显微镜，具有平衡的非焦配置，在参考光束和目标光束中都使用了无穷远校正平面消色差物镜。该显微镜配备了一个共管透镜，以最小的像差实现非焦距成像配置。索尼制造的 CMOS 传感器用于记录全息图像。DHM 系统使用线性偏振 650nm 二极管激光器进行照明。系统中还集成了一个高亮度 LED 照明明视野观察装置，可进行双目观察。由于用户可能不熟悉相位图像，因此可先使用 LED 照明按要求聚焦细胞样本，然后再使用激光照明记录相位图像。

 规格

DHM 型 ：传输，直立式

DHM 配置：平衡、无焦点

测量模式 ：单波长

光源：二极管激光器

光源波长：650 nm

光源功率：5 mW

物镜物镜：平面消色差（40 倍，0.65NA）

参考光束显微镜物镜：平面全色（40 倍，0.65NA）

轴向深度剖面精度：≤ 50 nm

横向分辨率：≤ 1 μm

相机视场：0.185 x 0.124 mm2

明视野观测模式

光学系统：无限校正（200 毫米管状镜头）

观测方式：光栅

照明：透射

照明系统：高亮度白色 LED，强度可调

鼻托：三重，旋转转塔

显微镜物镜：1. 平面消色差 10X，NA 0.25，2 毫米视场角

2. Plan Achromatic 20X，NA 0.40，1 毫米视场角 3.

3. Plan Achromatic 40X，NA 0.65，0.5 毫米视场角

观察头：Sidentopf 双目观察头，30o 倾角，48 -75mm IP 调节器

目镜：10 倍宽视场 (FN20)，屈光度可调，高度散光

调焦：同轴粗/细调焦，精细 0.2 毫米/旋转

样品台：带样品架的矩形平台，XY 行程 - 78 x 54 毫米

样品台驱动：手动，同轴下拉旋钮

电源：230 伏 50 赫兹

 特点

的单次高分辨率和精确定量成像能力（技术）。

无需移相，因此无需压电平台。

无需对细胞染色即可进行定量相位成像。

全衍射限制分辨率性能。

数字全息以及透射 LED 明场观察

应用

细胞动态定量研究。

各种细胞类型的成像，包括 SKOV-3 卵巢癌细胞、成纤维细胞、睾丸变形虫、硅藻骨骼和红细胞。

红细胞在多种变形状态下的三维成像和统计。

不同细胞生理参数的演变。

在不使用任何造影剂的情况下，对活细胞进行非破坏性分析： 细胞数量、汇合、增殖、细胞死亡、迁移和存活率。

可视化药物诱导的形态变化。

染色或未染色/未处理细胞的可视化。

毒性研究。

诊断糖尿病并评估糖尿病患者的长期血糖控制情况。

解析神经元网络活动，确定精神疾病的细胞生物标志物。

筛选和诊断材料科学。

   相机规格

传感器类型 CMOS 彩色

卷帘快门

像素等级 6 百万像素

分辨率 3088 x 2076 像素

纵横比 3 : 2

像素尺寸 2.4 μm

模数转换器 12 位

光学尺寸 7.41 毫米 x 4.98 毫米

制造商：索尼

增益（主/RGB） 14.5x / 5x

像素时钟范围 20 MHz - 474 MHz

帧频自由运行模式 58.0 帧/秒

帧频触发（连续） 29.0 帧/秒

帧频触发（最大） 29.0 帧/秒

曝光时间（最小 - 最大） 0.013 毫秒 - 999 毫秒

长时间曝光（最长） 120000 毫秒

接口连接器 USB 3.0

软件数字 HM_V01

相位图像重建 的单次拍摄高分辨率方法

数字全息显微镜是一种新兴的成像方式，它能够对透明、未染色、处于最自然状态的细胞进行定量相位成像（QPI）。虽然暗视野、相位对比和微分干涉对比等相位敏感成像方法已有几十年的历史，但它们无法提供定量相位信息。通过使用干涉成像概念，DHM 可以实现这一点。DHM 系统示意图如图 1 所示：

图 1：基于干涉成像原理的平衡式 DHM 系统示意图。相位图像是通过对阵列传感器记录的干涉信号进行数字处理而获得的。

SF : 空间滤波器，BS ： 分光镜，O：物光束，R：参考光束，MO1 / MO2：显微镜物镜

当准直激光束穿过透明细胞样本时，通常很少有光被吸收。然而，由于光束在每个 (x, y) 位置的相位延迟，激光波面会发生扭曲（见图 2）。光束穿过样品后的相位 Φ (x, y) 可描述为

Φ (x,y) = ( 2π / λ ) ∫ dz n (x, y, z)

这里，λ 是所用激光的波长，n (x, y, z) 代表细胞在 (x, y, z) 处相对于周围介质的相对折射率。显然，如果细胞与周围介质之间存在较大的折射率差异，就会检测到较强的相位信号。如果细胞的折射率在一个区域内是均匀的，则相位函数可以近似地与细胞的高度图谱相关联，从而得到细胞的三维透视图。因此，DHM 不需要使用外部造影剂，而是利用细胞的自然折射率对比进行成像。折射率是一种与化学成分相关的属性，因此，灵敏的相位成像系统在基础生物科学和诊断学领域有多种应用。

傅立叶变换法是处理单次干涉成像数据的常用方法。但这种方法的空间分辨率较低，远远低于显微系统所能达到的衍射极限分辨率。如图 3所示，本产品中使用的德里国际理工学院技术采用了一种新颖的约束优化方法来恢复全分辨率相位图像。

图 3：使用数字全息显微系统获得的红细胞和患者宫颈细胞的相位图像（a）明场图像，（b）使用传统傅立叶变换方法重建的相位图像，（c）使用德里印度理工学院开发的新型单次相位成像技术获得的高分辨率相位图像。(b) 和 (c) 中的彩色编码表示细胞的相位图（近似高度图）。