微球成像机理的研究开题报告

全文总字数：5299字

1. 研究目的与意义（文献综述）

在目前已有的微纳米级显微成像技术里，已知的显微成像方式大致有扫描电子显微镜( sem) 、透射电子显微镜( tem)、扫描隧道显微镜（stm）、 原子力显微镜（afm）和扫描近场光学显微镜( snom)等。但是由于各种使用条件以及使用环境等因素的限制，这些技术在实际使用之中通常存在着种种问题，其中tem和sem在真空的条件下才能够工作，在活体样品的观察中无法使用，stm则对样品有着要求，需要样品有导电性，只适用于半导体和导体样品，而且往往同样要在真空条件下使用，afm与snom对样品条件的要求更低，而且对样品环境要求也不高，能够在液体和气体环境中使用，但是这两个显微镜都是经过多次转换扫描成像，不能实时观察样品。显然光学显微技术在实时性、普适性及直接性方面更加具有优势，但是由于衍射极限的原因,传统的光学显微镜的观测特征尺寸没有办法达到200nm以下，即传统光学显微镜的分辨率在分辨率的方面却具有一定劣势，因此现阶段传统的光学显微技术是无法满足现代经过迅猛发展后的需求。

目前已知的微球透镜有三种类型：按照微球在介质中的分布方式进行分类，有无浸液、微球半浸没以及全浸没三种类型。2011年wang等^[1]人提出微球无浸液下的成像结果研究，分析微球的透镜超分辨能力来自微球的光子纳米喷射效应。同时wang等^[1]进一步提出，能够具有光子纳米喷射效应的微球需要满足一定的条件，最终认为折射率n大于1.8的微球不具备超分辨能力不适合成像。同年浙江大学的hao等^[2]发现微球在乙醇半浸没的情况下比无浸液情况下即在空气中得到的图像更加清晰、可分辨，而且对微球形状的要求也不那么严格，但是获得的结果的放大倍率比较小，并且认为微球被完全浸没时并没有超分辨能力。2012年darafsheh 等^[4]证明微球条件为高折射率的微球在完全浸没的情况下也具有超分辨能力，并且微球完全浸没式的成像对微球大小的要求并不那么严苛，完全可以使用尺寸更大的微球，并且微球尺寸更大能使单次成像的范围更大，同时在使用环境方面，完全浸没式微球成像具有更大的优势，例如在生物成像的应用中，在应用的过程中完全浸没的微球成像可以应用在有水的环境中。2013年darafsheh 等^[5]研究了微球透镜放大的原因，主要在于系统有效数值孔径的增大。2014年darafsheh 等^[6]将钠钙玻璃微球无浸液方案对比钛酸钡微球使用异丙醇浸没的方案，获得更好图像质量的为后者。然而以上需要用到液体浸没微球研究由于液体的挥发性问题，浸没液的高度会随时间发生变化，从而影像获得的图像结果，导致无法长时间观察，2015年，darafsheh 等^[7]使用薄膜固体浸没微球，解决了无法长时间观察的弊端。

由于显微技术方面存在最低分辨度导致各种研究进展缓慢，而微球成像的出现能够应用在与其他透镜的结合提高分辨率，本次研究主要通过光学仿真软件仿真研究微球透镜超分辨成像的机理，研究样品、微球以及浸没方式和介质等因素对微球成像的分辨率的影响，了解干扰因素以及去除干扰的方法。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

利用光学和图像处理软件进行微球成像光学系统的仿真(包括样品、微球透镜及其环境)和所得微球成像结果的图像处理，分析不同因素改变对微球透镜成像的分辨率的影响。

基本目的：

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需原理和技术。确定方案，完成开题报告。

第4－7周：熟悉微球成像原理。

第8－12周：算法仿真实现，以及参数调试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]wang z , guo w , li l , et al. optical virtual imaging at 50 nm lateral resolution with a white-light nanoscope[j]. nature communications, 2011, 2:218.

[2]hao x , kuang c , liu x , et al. microsphere based microscope with optical super-resolution capability[j]. applied physics letters, 2011, 99(20):p.203102.1-203102.3.

[3]xiang hao,cuifang kuang,yanghui li,xu liu,yulong ku,yunshan jiang. hydrophilic microsphere based mesoscopic-lens microscope (mmm)[j]. optics communications,2012,285(20): 4130-4133.