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沈陽自動化所在微納觀測研究中取得進展

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沈陽自動化所在微納觀測研究中取得進展

摘要: 　　納米尺度實時視覺反饋、免標記成像技術對于機器人在納米尺度操作、檢測具有重要意義。中國科學院沈陽自動化學習所機器人學國家重點實驗室微納米課題組結(jié)合微納光學、機器人學和自動化技術，在物理學突破的基礎上 ...

　　納米尺度實時視覺反饋、免標記成像技術對于機器人在納米尺度操作、檢測具有重要意義。中國科學院沈陽自動化學習所機器人學國家重點實驗室微納米課題組結(jié)合微納光學、機器人學和自動化技術，在物理學突破的基礎上，成功研發(fā)了具有實時視覺反饋能力的掃描微透鏡超分辨成像技術（Scanning Superlens Microscopy， SSUM），該成果為納米機器人功能和性能的提升奠定了堅實基礎。相關成果發(fā)表于自然-通訊（Nature Communications，2016， 7:13748. DOI: 10.1038/ncomms13748），沈陽自動化所2013級博士生王飛飛為論文第一作者，學習員劉連慶和李文榮為通訊作者。
　　超分辨觀測是科學界的重要學習方向，是生物科技、納米科技和信息科技等進步的重要基石。眾所周知，人眼所能分辨的最小顆粒直徑約為100微米，盡管光學顯微鏡極大地提升了人的觀測能力，但是根據(jù)阿貝衍射定律，光學顯微鏡所能觀測的物體極限尺寸為200納米，仍然不能滿足科學發(fā)展的需求。近來，學習人員為了突破衍射極限，發(fā)展了STED、PALM、STORM等一系列新型光學成像技術，極大地擴展了人類觀測微小世界的能力。但是這些成像技術多采用時間換空間的方式，存在速度慢、需要熒光染色、外部激光激發(fā)等問題。這就使得這些超分辨熒光顯微鏡在實際應用中存在一定局限性，考慮到納米機器人操作對象和工作環(huán)境，這些方法的局限性將表現(xiàn)得尤為突出。
　　為納米機器人提供銳利之眼，實現(xiàn)納米尺度生命物質(zhì)和非生命物質(zhì)的動態(tài)追蹤，對提升納米機器人的功能和性能具有重要意義。這就需要學習新型成像技術以彌補現(xiàn)有技術缺乏。針對上述需求，該課題組在對微透鏡超分辨成像物理機制突破性學習的基礎上，借鑒機器人的感知、決策和控制理論，設計并搭建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超分辨成像系統(tǒng)，在免標記自然光照射條件下，對活體細胞、IC芯片等實現(xiàn)了實時、活體、大范圍超分辨成像，分辨率達到65nm，驗證了相關理論的先進性和正確性，并且隨著技術的發(fā)展，該分辨率將得到進一步的提升。
　　圍繞超分辨觀測，課題組開展了長期深入的學習，在前期工作中開展了基于近場白光干涉的三維超分辨成像、基于微透鏡的超分辨內(nèi)窺鏡、微透鏡陣列制造方法的學習，相關結(jié)果連續(xù)發(fā)表在應用物理快報（Applied Physics Letters）、光學快報（Optics Express）、科學報告（Scientific Reports）上。這些方法和技術將在未來機器人體內(nèi)、體外微納檢查和操作中發(fā)揮重要作用。
　　上述學習得到了國家自然科學基金委、中科院、機器人學國家重點實驗室的大力支持。
　　論文鏈接

　　(a，c，e，j)普通光學顯微鏡對細胞進行的成像。(b，d，e，f，h，i，j) SSUM實現(xiàn)的超分辨成像。
　　來源:沈陽自動化學習所　　編輯:葉瑞優(yōu)沈陽自動化所在微納觀測研究中取得進展  |  責任編輯：蟲子
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