Super-Resolution-Mikroskop-System

Das Prinzip der strukturierten Beleuchtungsmikroskopie

Die analytische Verarbeitung der aufgenommenen Moiré-Muster, die durch Überlagerung eines bekannten hochräumlichen Frequenzmusters erzeugt werden, stellt mathematisch die Unterauflösungsstruktur einer Probe wieder her.

Die Verwendung hochräumlicher Frequenzlaserinterferenzen, um unteraufgelöste Strukturen innerhalb einer Probe zu beleuchten, erzeugt Moiré-Streifen, die aufgenommen werden. Diese Moiré-Streifen enthalten modulierte Informationen zur Unterauflösungsstruktur der Probe.

Im Rahmen der Bildverarbeitung kann die unbekannte Probeninformation wiedergewonnen werden, um eine Auflösung über die Grenze konventioneller optischer Mikroskope hinaus zu erreichen.

Die Beleuchtung mit einem bekannten, hochräumlichen Frequenzmuster ermöglicht die Extraktion der Ultrahochauflösungsdaten aus den sich ergebenden Moiré-Streifen.


Die Erstellung von ultrahochauflösender Bildern durch die Verarbeitung mehrerer Moiré-Muster

Ein Bild der in diesem Prozess erfassten Moiré-Muster enthält Informationen der winzigen Strukturen innerhalb der Probe. Es werden mehrere Phasen und Orientierungen der strukturierten Beleuchtung erfasst, und die verschobene ultrahochaufgelöste Information wird aus den Informationen der Moiré-Streifen extrahiert. Diese Informationen werden mathematisch im „Fourier“ oder Aperturblenden-Raum kombiniert und dann zurück in den Bildraum transformiert. Damit wird ein Bild mit der doppelten der konventionellen Auflösungsgrenze geschaffen.

Erfassung mehrerer Bilder mit strukturierter Beleuchtung, welche eine Phasenverschiebung aufweisen.

Wiederholen Sie diesen Vorgang mit drei verschiedenen Winkeln. Diese Bilderreihe wird dann mithilfe moderner Algorithmen verarbeitet, um ultrahochauflösende Bilder zu erhalten.


Verwendung von hochfrequenter, gestreifter Beleuchtung, um die Auflösung zu verdoppeln

Eine Erfassung von hochauflösenden und hochräumlichen Frequenzinformationen durch die numerische Apertur (NA) der Objektive und der Raumfrequenzen der Struktur über die optische Systemapertur hinaus sind ausgeschlossen (Abb. A). Das Beleuchten der Probe mit hochfrequenter strukturierter Beleuchtung, die durch die unbekannte Struktur in der Probe über die klassische Auflösungsgrenze hinaus multipliziert wird, ermittelt die verschobenen „Ultrahochauflösungs-“Daten innerhalb der optischen Systemapertur (Abb. B).

Wenn diese „Ultrahochauflösungs-“-Daten dann mathematisch mit den von der Objektivlinse erfassten Standardinformationen kombiniert werden, führt dies zu einer Auflösung, die denen von Objektivlinsen mit etwa der doppelten NA entspricht (Abb. C).

Abb. A: Die Auflösung ist durch die NA des Objektivs begrenzt

Abb. B: Das Produkt aus strukturierter Beleuchtung und normalerweise unauflösbarer Probenstruktur erzeugt erfassbare Moiré-Streifen, welche Probeninformationen mit der doppelten als der konventionellen Auflösungsgrenze enthalten.

Abb. C: Es werden Bilder mit Auflösungen erreicht, die denen von Objektivlinsen mit etwa der doppelten NA entsprechen.