Extreme High full well capacity camera to increase the sensitivity in interferometric microscopy – interview with MIT
Adimec 采访麻省理工学院的 Poorya Hosseini，讨论极高全井容量相机在干涉显微镜中的使用
《光学快报》最近发表了一篇题为“推动干涉显微镜中的相位和振幅灵敏度极限”的论文。本研究使用 Adimec 高满阱 (HFW) Q-2HFW-CXP 相机。新型 2 兆像素 CoaXPress 相机 (Q-2HFW-CXP) 具有 1440×1440 分辨率，基于 12 微米像素，帧速率高达 550 fps。这款全局快门 CMOS 图像传感器 CMOSIS CSI2100 中的像素设计经过优化，可实现最大的全阱性能。每像素超过 200 万个电子的全阱容量 (FWC) 非常独特，比当今常用的高速 CMOS 传感器技术（参考：20 kel 全阱）高出约 100 倍。每像素百万级电子满阱容量可实现高达 63 dB SNR 的极其良好的散粒噪声性能，从而可以准确检测明亮环境中非常微弱的对比度变化。该相机是由 FP7 资助的 CAReIOCA 联盟的一部分开发的。
我与该论文的主要作者 Poorya 进行了交谈，了解了他的研究以及该技术可以实现的创新类型。
问. 您正在使用 Adimec 的高全井容量相机进行什么样的研究？
嗯，我想简单来说，我们为生物或医学应用开发显微镜和成像技术。我自己的工作主要集中于开发研究镰状细胞病等血液疾病中生物力学因素的技术。在单个细胞水平上监测生物物理特性的能力使我们能够研究这些特性在各种病理生理条件下以及对各种治疗的反应中的变化。 Adimec 相机将使我们能够以前所未有的精度进行这些测量。相同的技术可用于需要从大背景中提取小信号的各种其他生物和非生物应用。
问。您为什么对这款相机感兴趣？
关于什么通常限制干涉显微镜和全息显微镜中相位测量的灵敏度存在一些争论，就光程长度而言，相位测量的灵敏度为几纳米。我们假设光子散粒噪声设置了电流限制，而不是其他噪声源（例如机械振动或照明源的功率波动）。经过一些理论计算并显示散粒噪声确实是限制因素后，我们需要一个工具来看看在达到机械极限之前我们可以将散粒噪声降低到什么程度。只有当你可以使用这台相机在短时间内收集大量光子，当然还有大量的光时，这才有可能
问。您发现 HFWC 相机有哪些类型的改进？
使用 Adimec 相机，我们通过实验表明，光路长度的灵敏度限制可以低至几皮米，这也证明了我们的近共路干涉仪的稳定性。当然，如果您想超越此限制，您可能希望更快地收集更多光子，以减少机械振动的影响，机械振动的影响在低频下往往更为显着。基本上，在您的系统有机会看到这些振动之前，您就完成了测量！
问。您是否也将 HFW 摄像头用于其他应用？
是的，我们现在正在开发另一种高灵敏度相位显微镜系统，该系统使用 HFW 相机以无标记的方式研究沿着轴突的神经元信号转导。基本上，每次神经元“放电”时，细胞的局部光学特性都会发生一些非常微妙的变化。射击动作发生得非常快——几毫秒之内。因此，为了检测这些发射动作，您需要一个既快速又具有超高灵敏度的系统来检测光学特性的微小变化。我们认为 HFW 在该项目中具有很大的优势。除此之外，干涉显微镜和全息显微镜领域正在快速发展，并且在过去几年中围绕该领域成立了几家公司，其中具有更高满井容量的相机可能非常有用。除了相位显微镜之外，我的另一位同事正在开发一种用于非线性拉曼信号的宽视场测量技术，使用 HFW 相机，该信号通常低至背景信号的百万分之一。如果成功，这种新型拉曼显微镜可能可以用于透皮药物输送的研究或黑色素瘤等疾病的诊断。
问。您研究的下一步是什么？为了让您的研究取得进一步进展，相机规格需要进行哪些改进？
好吧，作为第一步，我们已经证明可以将干涉显微镜中相位和振幅的灵敏度推向新的极限。我计划利用这种能力来研究生物系统（例如我最喜欢的红细胞）在各种疾病的病理过程中以及对不同治疗的反应中经历的微妙变化。就相机的改进而言，这是一个很容易回答的问题——我们总是希望相机具有更深的井深、更多的像素和更快的读出速率。我们需要能够在单位时间内收集更多光子的相机，天空是极限！
