前沿综述 | 倍捷锐参与iQPM技术的最新进展与应用研究综述撰写

 DOI: 10.3788/IRLA20240358
论文地址：
http://irla.cn/article/doi/10.3788/IRLA20240358

《红外与激光工程》系中国光学工程学会集群刊，是国家科委和国家新闻出版署批准的国内外公开发行的国家级学术刊物。
倍捷锐首席科学家周仁杰教授受邀撰写干涉定量相位显微（iQPM）前沿综述。倍捷锐科学家聂宇洁博士作为核心技术发明人及文章作者参与文章发表。

“文章全面解读了干涉定量相位显微技术（iQPM）的发展历程，揭示了其灵敏度从纳米级到皮米级的提升背后的故事，并深入探讨了其在生命科学和材料科学等领域的应用潜力。”

--- Dr.聂宇洁

前沿综述简介：iQPM---实现从纳米到皮米的材料厚度表征新精度

干涉定量相位显微技术（Interference Quantitative Phase Microscopy，简称iQPM）通过捕获光学干涉图，并结合高精度成像物理模型，从而获得精确的光相位分布信息，进而计算得到样本的动态、定量形貌变化数据。自问世以来，iQPM凭借其无标记、宽场成像和定量分析的特点，迅速成为生物医学和材料科学等领域的强大研究工具。在亚细胞动力学、血液分析以及材料特性表征等方面，iQPM都展现出了卓越的性能。

图1：红细胞的纳米级膜位移实时测量（左）和二维材料厚度分布测量（右）

相位灵敏度是iQPM系统的核心指标，它决定了iQPM在环境噪声中捕捉微弱相位信号的能力。传统iQPM 的相位灵敏度仅可实现纳米级材料厚度测量，而在过去十多年里，研究人员通过持续的技术创新，提出了多种灵敏度提升策略，显著降低了环境干扰和探测噪声等限制因素，使相位灵敏度进一步提升，可实现皮米级材料厚度测量。这一进步不仅突破了技术的局限，还为iQPM在活细胞的亚纳米动态分析、神经成像、原子材料计量、晶圆缺陷检测等领域开辟了更多可能性。

图2：iQPM相位灵敏度提升策略（左）和发展历程（右）

iQPM背景：无标记成像的新希望

1、定量相位显微技术的分类
定量相位显微技术（Quantitative Phase Microscopy，简称QPM）主要分为两类：干涉法和光强计算法。其中，基于干涉的 QPM 方法因其成像精度高、动态性能强且技术成熟，成为目前大多数公司的首选。它特别适用于高分辨率和实时动态成像需求，如活细胞的无标记观察和亚细胞结构的精细分析。而基于光强计算的 QPM 方法虽然设备成本低、要求简单，但依赖算法和计算资源，以及存在低灵敏度和噪声敏感性等问题，限制了其应用范围。综合来看，基于干涉的 QPM 方法凭借其卓越的性能在高端成像领域占据主导地位。

2、国外公司的iQPM技术布局
iQPM方法是最早发展起来的定量相位显微技术，该技术主要分为两个发展派系，分别是以麻省理工学院为源头的美国派系和以瑞士苏黎世联邦理工学院为源头的欧洲派系。

图3：MIT代表的美国派系

图4：ETH EPFL代表的欧洲派系

3、倍捷锐NHQLive---新一代iQPM技术的国产化应用典范
倍捷锐最新产品——NHQLive无标记高内涵活细胞成像分析仪，融合了最新的iQPM技术，可对生物样本进行快速且高精度的成像分析，无需使用标记物，避免了传统标记过程中可能引发的样品破坏或功能改变。NHQLive配备了先进的孵育系统，支持对活细胞进行长时间连续监测，适用于动态观察细胞行为、药物筛选以及细胞生物学研究等领域。此外，仪器还集成了环境控制、自动采集和智能分析功能，能够大大提高实验效率，自动化的数据采集与分析减少了人为干预，确保实验结果的精确性与一致性。

图5：NHQLive产品特点

总结和展望

iQPM技术的灵敏度从纳米级提升至皮米级，标志着光学成像技术的重大飞跃。这一突破不仅显著增强了产品捕捉生物样本动态过程的能力，还将透明材料和微纳结构的分析精度推向了全新高度。在倍捷锐等技术先锋的推动下，iQPM技术将更广泛地应用于生命科学、材料科学、微电子制造等领域，为前沿研究和工业应用提供强有力的支持。