近日，我院丁旭旻教授与新加坡南洋理工大学、新加坡国立大学等多个合作团队提出了单帧各向同性的微分干涉相衬（DIC）显微镜，突破了现有DIC显微成像系统剪切方向敏感性的限制，相关论文以《单帧各向同性微分干涉相衬显微镜》（Single-shot isotropic differential interference contrast microscopy）为题，发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。
DIC显微镜是70年前发展起来的可以对未染色透明生物样本进行高对比度、伪三维观测的一种无标记显微成像技术，目前已广泛应用于细胞生物学、粒子追踪、光学测量等领域。传统商用DIC显微镜使用诺马斯基（Normarski）或渥拉斯顿（Wollaston）棱镜使两束正交偏振光产生横向的剪切量（shear）和轴向的基延迟（bias），然而通过双折射棱镜产生的剪切量只能沿着单一的直线方向，导致获取的DIC图像方向敏感。
本研究创新性地提出一个超紧凑的各向同性DIC显微镜，利用超构表面对正交偏振光进行独立调控，构建了一种新型的径向剪切干涉模式，将沿单一直线方向的剪切量转化为具有径向对称性的剪切量，实现了单帧各向同性的DIC显微成像模式。课题组提出的各向同性的DIC显微镜是典型的超构表面、传统显微成像、集成化光学系统的互补融合，并在微粒追踪、边缘检测、无标记细胞成像等场景进行了应用验证，表现出巨大的应用潜力，为光学计算、新型显微成像系统等领域研究提供了新的契机。
该研究工作获得国家重点研发计划青年科学家项目和国家自然科学基金资助。哈工大为论文第一单位，哈工大博士研究生王新伟、新加坡科技与设计大学王浩博士以及哈尔滨医科大学肿瘤医院王金陆博士为共同第一作者，通讯作者为哈工大现代显微仪器研究所丁旭旻教授、李浩宇教授，新加坡南洋理工大学胡光维助理教授和新加坡国立大学仇成伟教授。同时该工作获得哈工大仪器学院刘俭教授、谭久彬院士的指导和大力支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37606-6
图1 基于超构透镜的各向同性DIC显微镜原理。(a)系统装置图，(b)偏振转换示意图，(c)光学原理图。
图2 成像结果展示。(a)-(b)透明样品（哈工大LOGO）在各向异性DIC(a-DIC)和各向同性DIC(i-DIC)显微镜下的成像结果对比，(c)-(d)乳腺癌组织在宽场显微镜(WF)和各向同性DIC(i-DIC)显微镜下的成像结果对比，(e)运动的二氧化硅微球在各向同性DIC(i-DIC)显微镜下粒子追踪结果。
