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我国研究团队突破超构透镜显微成像技术瓶颈 实现宽视场高分辨率集成显微系统
2025年09月28日 16:27:28
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：6068
南京大学研究团队联合企业成功研发出一种基于双面超构透镜与环状照明的新型显微镜。该技术有效解决了超构透镜视场与分辨率难以兼顾的难题，在紧凑型设计中同时实现了宽视场与高分辨率成像，为便携式生物医学检测与户外研究提供了新方案。
近日，南京大学课题组联合南智芯视科技有限公司的研究团队在超构透镜显微成像技术领域取得重要进展。该团队通过采用双面超构透镜与环状照明相结合的创新方案，成功克服了传统超构显微系统中分辨率与有效视场相互制约的难题，实现了高度集成显微系统的高分辨率与宽视场成像。相关研究成果已发表于学术期刊《Advanced Photonics》。
超构透镜作为光学技术领域的一项革命性进展，利用纳米级结构在亚波长尺度上操控光线。与传统显微镜依赖曲面玻璃镜片不同，超构透镜具有超薄、轻质、平面化等特点，能够突破传统镜片的体积与重量限制，被认为是集成于电子设备及紧凑型成像系统的理想选择。
然而，超构透镜在实际显微应用中仍面临挑战，其中离轴像差是限制其视场角与成像性能的主要瓶颈。此前已有研究实现了亚微米级分辨率，但受限于极小的视场范围，难以满足实际应用需求。
针对这一难题，研究团队提出了一种基于双面超构透镜的创新设计方案。该方案将两个由氮化硅纳米鳍结构组成的超构透镜集成于透明二氧化硅基底两侧，并结合环状照明技术，有效抑制了离轴像差，同时提升了系统分辨率。据通讯作者李涛教授介绍，该超构显微镜实现了150微米的视场范围与310纳米的半 pitch分辨率，“超越了以往超构显微系统的最高分辨率纪录”。
为进一步展示该技术的实用性，团队研制出一款高度集成的原型设备，尺寸仅为4厘米×4厘米×5厘米，体积和重量相比传统显微镜缩小了上千倍。该设备在1毫米视场范围内实现了620纳米的半 pitch分辨率，并利用超表面同时生成环状照明，进一步提升了系统的紧凑性。
在应用验证中，研究人员使用该超构显微镜对宫颈癌细胞进行了成像观察，成功在同一视场内捕捉到癌症不同发展阶段的细胞图像，清晰呈现了细胞核增大、变形及分裂等重要细节。实验结果表明，该紧凑型原型设备获得的生物显微图像质量可与传统显微镜相媲美，展现了其在便携化和便捷应用场景中的潜力。
这项技术为需要同时满足便携性与高性能成像需求的领域提供了新的解决方案，包括资源有限环境下的生物医学检测、移动监测及户外研究等场景。此外，该技术具备与微电子设备集成的潜力，有望应用于临床自动化系统与生物医学工程等新兴领域。
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