Sistema di Microscopi a Super Risoluzione

Il principio di microscopia ad illuminazione strutturata

L'elaborazione analitica dei pattern moiré registrati prodotti dalla sovrapposizione di un pattern noto ad alta frequenza spaziale ristabilisce matematicamente la struttura sub-risolutiva di un campione

L’uso di un’interferenza laser ad alta frequenza spaziale per illuminare una struttura sotto-risolutiva in un campione produce frange moirè, che vengono catturate. Queste frange moirè includono informazioni modulate della struttura sub-risolutiva del campione.

Con l’elaborazione dell’immagine, possono essere recuperate le informazioni del campione ignote per ottenere una risoluzione che va oltre il limite dei microscopi ottici convenzionali.

L’illuminazione con un pattern di frequenza spaziale noto permette l’estrazione di informazioni a risoluzione efficace dalle frange di marezzatura che risultano.


Creare immagini a super risoluzione elaborando immagini con multipli pattern di moirè

Un immagine di pattern di moirè catturata in questo processo include informazioni delle strutture minute di un campione. Le fasi multiple e gli orientamenti di illuminazione strutturata vengono catturati e le informazioni “a super risoluzione” dislocate vengono estratte da informazioni di frange morè. Queste informazioni vengono combinate matematicamente in “Fourier” o in uno spazio di apertura e quindi ritrasformate in uno spazio immagine creando un immagine al doppio del limite di risoluzione convenzionale.

Catturare immagini multiple con illuminazione strutturata spostata in fase.

Ripetere questo processo per tre angolazioni differenti. Questa serie di immagini viene poi elaborata utilizzando algoritmi avanzati per ottenere immagini a super-risoluione


Utilizzo di un’illuminazione a bande ad elevata frequenza per raddoppiare la risoluzione

L'acquisizione di informazioni ad alta risoluzione e alta frequenza spaziale è limitata dall'apertura numerica (NA) degli obiettivi, e le frequenze spaziali della struttura oltre l'apertura del sistema ottico sono escluse (figura A). Illuminando il campione con illuminazione strutturata a frequenza elevata, che viene moltiplicata dalla struttura ignota nel modulo oltre il limite di risoluzione classica, porta le informazioni a “super-risoluzione” dislocate nel range d’apertura del sistema ottico (Fig, B).

Quando queste informazioni a “super risoluzione” vengono poi combinate matematicamente con le informazioni standard catturate dalla lente obiettivo, si ottengono risoluzioni equivalenti a quelle catturate con obiettivi con circa il doppio del NA (Fig. C).

Fig. A: La risoluzione è limitata dalla NA dell'obiettivo

Fig B: Il prodotto dell’illuminazione strutturata e della struttura dei campioni normalmente non risolvibili producono frange moiè registrabili che contengono le informazioni del campione al doppio del limite di risoluzione convenzionale.

Fig. C: Si ottengono immagini con risoluzioni equivalenti a quelle catturate con obiettivi aventi approssimativamente il doppio NA.