微分相位對比

微分相位對比（Differential Phase Contrast, DPC）是一種基於不對稱照明的光學顯微技術，通過檢測樣品的相位梯度信息，生成高對比度的邊元增強圖像。該技術無需化學染色即可觀測透明或低對比樣品，廣泛應用於生物醫學與材料科學領域。

技術原理

基本概念

DPC利用不對稱照明（如單側光源）檢測樣品的相位梯度，其數學模型可表示為： $I_{DPC}\propto \mathrm{\nabla }\varphi \cdot 𝐒$ 其中$\varphi$為相位延遲，$𝐒$為照明方向向量。

與其他技術的比較

特性	DPC（微分相位對比）	DIC（微分干涉對比）	iDPC（整合微分相位對比）
成像目標	相位梯度（邊緣增強）	相位梯度（邊緣增強）	絕對相位分布
數據來源	單一方向照明	物理棱鏡分光	多方向照明積分
圖像效果	邊緣清晰，相位不完整	邊緣清晰，相位不完整	完整相位分布，細節保留
應用場景	快速表面形貌觀察	高分辨率表面形貌觀察	透明樣本定量分析

發展歷史

• 1984年：Template:Link-en與Template:Link-en首次提出DPC技術，應用於掃描光學顯微鏡。
• 2000年代：DPC被引入寬場顯微鏡，用於活細胞成像。
• 2010年代：結合計算成像算法，DPC的分辨率與對比度進一步提升。

應用領域

生物醫學

• 活細胞成像：觀測細胞邊緣與內部結構，無需染色。
• 組織病理學：快速篩查病理切片中的異常細胞。

材料科學

• 表面形貌分析：測量薄膜與塗層的表面粗糙度。
• 半導體檢測：定位集成電路的奈米級缺陷。

技術優勢與限制

優勢	限制
• 無需標記，避免光毒性 • 快速成像，適合動態觀測 • 兼容常規顯微鏡升級	• 僅檢測相位梯度，無法重建絕對相位 • 對厚樣品（>20μm）成像效果較差 • 光源不對稱性影響圖像均勻性

參見

• 整合微分相位對比（iDPC）
• 微分干涉對比（DIC）
• 定量相位成像（QPI）

外部連結

• ZEISS DPC技術介紹（官方技術白皮書）
• Template:Youtube