Double Helix Optics显微镜三维成像模块的工作方式

由于衍射极限的存在，传统的光学显微镜无法清晰的分辨横向尺寸小于200 nm和轴向尺寸小于500 nm的细胞结构。二十一世纪初期，具有纳米级别分辨率的超分辨光学显微镜成像技术的出现，使的研究人员可以在更高的分辨率水平下进行生物研究。在超分辨率显微技术飞速发展的同时，现有成像技术的缺陷也日益显现，例如成像分辨率和成像时间不可兼得；对透镜制造技术提出了一定要求的同时，也限制了观测的视野；日益复杂的设备使的操作和维护也越来越困难等。

为了解决以上问题，美国Double Helix Optics公司提出了纳米级分辨率成像的新概念“SPINDLE”，Double Helix Optics显微镜三维成像模块，也可以称为三维成像相机模块，不仅突破了衍射极限，还可以实现三维成像，可以捕捉横向小至10 nm、轴向小至15 nm的细节。在该技术中，SPINDLE模块被安装在显微镜或CCD相机之间，无需改变现有成像系统设置。

相位掩模库：工程 PSF

为了给客户提供最大程度的控制和灵活性，美国Double Helix提供了一个相位掩膜库，包括双螺旋、单螺旋、EDOF、四足和多色设计以提供最大的控制和灵活性。用户可以跟进深度范围、波长和其它光学参数选择合适的相位掩模板从而实现最佳的深度-精度平衡

双螺旋相位掩模

由Double Helix Optics开发，这些相位掩模将单一物体发出的光分成两个独立的旋转的光瓣，类似于双螺旋。两瓣的中点对应于发光源的横向位置，两瓣的夹角对应发光源的轴向位置。由于旋转180°时光斑可以保持聚焦，因此可以高精度地获取发光“点”的深度信息。收集的数据由许多这些在不同方向上与物体横向和轴向位置相对应的分离良好的点组成。经过对这些详细的目标点数据集处理和图像重建创建，即可得到超高分辨率原始物体清晰的三维结构。

多色相位掩模

多色成像可让您将数据背景化。通常这需要连续成像、多个相机或分割的专用视野。但是使用Double Helix Optics开发的多色相位掩模，客户可以将颜色和3D位置直接编码到图像中。现在可以针对不同波长同时产生不同的PSF，从而在单个光路中实现同时多色跟踪或超分辨率成像。

四足相位掩模

由斯坦福大学的诺贝尔奖获得者WE Moerner创建的四足掩模具有高达20 μm的可调深度范围。将四足掩模与双螺旋掩模结合使用，科学家们已经能够成像和重建整个哺乳动物细胞的结构，包括线粒体和核层。他们还使用这些掩模来追踪活细胞表面的分子。

扩展景深 (EDOF) 相位掩模

使用为双螺旋相位掩模开发的类似原理，Double Helix Optics创建了多种设计，可以扩展给定光学系统的焦深，同时对横向分辨率的影响很小。这些掩模可用于生命科学应用，包括3D超分辨率成像、3D跟踪、全细胞成像和粒子计数。相同的设计非常适合工业检测应用，可以同时查看3D对象/目标的最高和最低特征，而无需重新聚焦或拍摄多张图像。

Double Helix相位掩模的运行方式

基于特殊设计的相位掩模板，从工程化点扩散函数 (PSF)出发，使用螺旋相位掩模板来控制景深、发射波长和精度，结合3DTRAX软件对3D图像进行重建和分析，可在不需要扫描的条件下即时捕获3D信息，得到无与伦比的深度和精度3D图像，横向精度可达20 nm, 轴向精度可达25 nm，成像深度可达20 um。当与其他工具和技术，包括STORM、PALM、SOFI、光片显微、宽场、宽场显微、TIRF、FRET等一起使用时，可释放巨大的潜力，适用于活细胞、固定细胞和全细胞成像、单分子、粒子跟踪和粒子计数等应用。这对推进科学研究、药物发现和工业检验具有广泛的意义。

显微镜3D成像模块应用领域

具有高级3D信息的亚衍射成像和粒子跟踪为生物和生物医学研究、药物发现、材料科学研究和工业检测开辟了一个充满可能性的新世界。

生命科学领域

Double Helix Light Engineering™ 正在引领生命科学的突破——从癌症和免疫学到传染病和神经科学。研究人员已经使用双螺旋相位掩模和SPINDLE®发现了新的细胞结构和亚细胞相互作用。

研究神经退行性疾病的科学家能够看到细胞核心的3D图像——这是以前从未见过的。同样，研究免疫学的研究人员已经能够重建整个T细胞。

药物开发领域

通过相位掩模可以查看和跟踪药物化合物的真正作用，而不是简单地模拟新化合物。双螺旋在成像和单粒子跟踪 (SPT) 领域开辟了新天地。Double Helix推出的掩模能够在更大的景深（高达 20 微米）内跟踪分子，记录比以往更长的轨迹，能够肉眼识别的数据记录使识别先导化合物和加速药物发现变得更加容易。

材料科学领域

3D 纳米成像和粒子追踪在材料科学中也很有用，无论是研究金属、半导体、陶瓷、聚合物还是纳米材料。双螺旋技术使您能够看到材料结构、流动性和其他特性。

精确成像与深度扩展相结合，可以让客户对粒子动力学有进一步的了解。有了更多数据，客户可以更好地预测材料在任何给定应用中的性能。

工业检验领域

Double Helix将3D精度提高到纳米级别，这样就可以发现制成品（从微芯片到像素）中的微小缺陷和其他功能缺陷。纳米级精度的检测可以改善质量控制、节省时间、降低成本、提高吞吐量并跟踪QA。

Double Helix提供了强大的相位掩模库，可以满足科研和工业客户对高精度检测的需求，主要涉及到生命细胞领域，药物研发，材料科学领域以及工业检验等领域。