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來源：中國科學(xué)院

納米尺度實(shí)時視覺反饋、免標(biāo)記成像技術(shù)對于機(jī)器人在納米尺度操作、檢測具有重要意義。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室微納米課題組結(jié)合微納光學(xué)、機(jī)器人學(xué)和自動化技術(shù)，在物理學(xué)突破的基礎(chǔ)上，成功研發(fā)了具有實(shí)時視覺反饋能力的掃描微透鏡超分辨成像技術(shù)（Scanning Superlens Microscopy, SSUM），該成果為納米機(jī)器人功能和性能的提升奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。相關(guān)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，研究員劉連慶和李文榮為通訊作者。

超分辨觀測是科學(xué)界的重要研究方向，是生物科技、納米科技和信息科技等進(jìn)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(xué)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(xué)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(xué)發(fā)展的需求。近來，研究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(xué)成像技術(shù)，極大地擴(kuò)展了人類觀測微小世界的能力。但是這些成像技術(shù)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(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性，考慮到納米機(jī)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(jī)器人提供銳利之眼，實(shí)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(jī)器人的功能和性能具有重要意義。這就需要研究新型成像技術(shù)以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)不足。針對上述需求，該課題組在對微透鏡超分辨成像物理機(jī)制突破性研究的基礎(chǔ)上，借鑒機(jī)器人的感知、決策和控制理論，設(shè)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(biāo)記自然光照射條件下，對活體細(xì)胞、IC芯片等實(shí)現(xiàn)了實(shí)時、活體、大范圍超分辨成像，分辨率達(dá)到65nm，驗證了相關(guān)理論的先進(jìn)性和正確性，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，該分辨率將得到進(jìn)一步的提升。

圍繞超分辨觀測，課題組開展了長期深入的研究，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研究，相關(guān)結(jié)果連續(xù)發(fā)表在《應(yīng)用物理快報》（Applied Physics Letters）、《光學(xué)快報》（Optics Express）、《科學(xué)報告》（Scientific Reports）上。這些方法和技術(shù)將在未來機(jī)器人體內(nèi)、體外微納檢查和操作中發(fā)揮重要作用。

上述研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院、機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室的大力支持。