2020年12月28日，香港中文大学（CUHK）的研究人员开发了一种相位相关的合成孔径显微镜（SAM）方法。该方法被称为“高时空分辨率合成孔径相位显微镜”或“ HISTR-SAPM”，具有数字微镜设备（DMD）的设置-数字投影仪中常用的电子组件，其中包含微镜矩阵，并克服了先前与空间分辨率和帧速率相关的SAM局限性。
科学家可以自动化高速控制DMD中微镜矩阵的方向，这使研究人员能够开发和实施一种系统，使他们能够每秒改变成千上万次到达成像样本的激光束的角度。该系统具有两个DMD和优化的镜头。研究小组报告说，一旦光线穿过样品，它就会与一部分原始激光结合，产生干涉图。此结果模式携带相位信息：从两个电磁波之间的相对延迟得出的信息。
穿过样品的光波会导致它们的相对相位发生变化，这取决于样品中每个点的光学特性和光的入射角。 SAM使用户能够快速捕获多个图像，包括具有不同入射角的图像。处理后，这些捕获的图像将合并在一起，产生比任何原始图像都更清晰的图像。
图1. 未标记活细胞中亚细胞结构的观察。
但是，SAM的现有实现方式无法产生在许多新兴应用中成像所需的空间分辨率或帧频。在新方法中，多个产生的干涉图通过特殊设计的算法组合在一起，以形成图像的最终相位。
“使用基于DMD的方法，我们可以准确成像具有132 nm小特征的材料结构，量化红细胞膜的毫秒波动，并观察暴露于化学物质后细胞结构的动态变化，” 研究人员Renjie Zhou说道。该团队还用纳米光栅和癌细胞测试了其无标签技术。该方法避免了由激光散斑引起的干扰：合并多个干涉图以计算公共图像消除了单个干涉图中不可预测的影响和散斑的出现。
图2. HISTR-SAPM中的空间光谱合成过程。
研究人员还展示了通过减少使用的干涉图数量来提高成像帧速率的能力。“我们预见到，高速成像技术将在生物学和材料研究中找到应用，例如研究活细胞的运动和相互作用，以及出于质量控制目的实时监视材料制造过程。”Zhou说，将现有方法与不同算法配对可以使研究人员能够使用他们的方法来构建3D成像系统。
