High resolution microscopic imaging technique has been steadily demanded to observe detailed structures or dynamic mechanisms of biological samples. Structured illumination microscopy (SIM) has grabbed much attention due to its simplicity, compatibility with common fluorescent molecules, and fast image acquisition. Here we report Lissajous scanning SIM (LS-SIM) by using Lissajous scanning micromirror and laser intensity modulation. Biaxial scanning frequencies of Lissajous micromirror are substantially separated to avoid mechanical coupling and the fast axis inner mirror has a relatively low Q-factor to obtain a broad selection range of scanning frequency. A Lissajous trajectory of high fill-factor is achieved with a selected set of scanning frequencies at pseudo-resonance, where Lissajous scanned structured illumination (SI) is realized by modulating a laser beam at least common multiple (LCM) of bi-axial scanning frequencies. A compact Lissajous scanned SI module, containing fiber-optic collimator and Lissajous micromirror is fully packaged, coupled with fiber-based DPSS laser with acousto-optic-modulator (AOM) and mounted with a conventional fluorescent microscope. The LS-SIM clearly demonstrates high-resolution microscopic imaging after the image reconstruction of various imaging targets. This method will provide many potentials for diverse fluorescence microscopic applications.
고해상도 현미경 이미징 기술은 바이오 샘플의 미세 구조나 동적 매커니즘 등의 관찰을 위해 꾸준히 요구되어져 왔다. 구조광 현미경은 간단한 원리와 일반적인 형광 염료와의 높은 호환성 그리고 상대적으로 빠른 이미지 획득면에서 많은 관심을 받아왔다. 본 논문에서는 리사쥬 스캐닝 마이크로미러와 레이저 광의 변조를 이용한 리사쥬 스캐닝 구조광 현미경 (LS-SIM)을 제안하고자 한다. 미러 양 축의 스캐닝 주파수는 충분히 분리되도록 디자인되어 기계적 연동을 피했으며 빠른 축인 내부 미러를 느린 축인 외부 프레임에 비해 상대적으로 낮은 Q-인자를 갖도록 하여 넓은 스캐닝 주파수 선택 범위를 확보했다. 공명주파수 주변부에서의 스캐닝 주파수 선택을 통해 높은 충진율을 갖는 리사쥬 스캐닝 패턴을 구현하였으며 이를 양 축 스캐닝 주파수의 최소공배수로 광원을 변조하여 구조광을 형성하였다. 광섬유 기반 시준기와 리사쥬 마이크로미러로 구성된 소형의 리사쥬 스캐닝 구조광 모듈에 대한 패키징이 진행되었으며 이를 음향 광학 변조기를 포함한 DPSS 레이저와 연결하여 이를 일반적인 형광 현미경과 결합하였다. 다양한 이미징 타겟의 형광 이미지 복원을 통해 LS-SIM을 활용한 고해상도 현미경 이미징을 검증하였다. 본 연구는 다양한 형광 현미경 이미징 분야에 활용될 잠재력을 갖을 것으로 기대된다.
