2.3.6 Exquisite Lateral and Axial Resolution . . . . . . . . . . . . 40
2.3.7 Illumination and Detection Schemes . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4 iSCAT Showcase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.4.1 Detection and Sensing of Nanoparticles . . . . . . . . . . . . 43
2.4.2 Dynamics in Nanobiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.5 Summary and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3 Label-Free, Ultrahigh-Speed, Direct Imaging and Tracking
of Bionanoparticles in Live Cells by Using Coherent
Brightfield Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Chia-Lung Hsieh
3.1 Introduction to Label-Free Imaging in Live Cells Through
Linear Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2 COBRI Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3 Scattering Background Estimation and Correction . . . . . . . . . . . 74
3.4 Label-Free, Ultrahigh-Speed Imaging and Tracking of a Single
Bionanoparticle in Live Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4.1 Single Virus Dynamics on Cell Membrane . . . . . . . . . 78
3.4.2 Nanoscopic Dynamics of a Cell Vesicle During
Active Transportation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5 Conclusions and Future Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4 Tomographic Diffractive Microscopy: Principles,
Implementations, and Applications in Biology . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Bertrand Simon and Olivier Haeberlé
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.2 Digital Holographic Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.3 TDM with Illumination Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.4 Multiwavelength TDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5 TDM with Sample Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.6 Combined Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.7 Conclusion and Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5 Near-Field Scanning Optical Microscope Combined with Digital
Holography for Three-Dimensional Electromagnetic Field
Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Nancy Rahbany, Ignacio Izeddin, Valentina Krachmalnicoff,
Rémi Carminati, Gilles Tessier and Yannick De Wilde
5.1 Introduction to Near-Field Scanning Optical Microscopy
(NSOM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.2 Principles of Digital Holography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
xii
Contents
2.3.7 Illumination and Detection Schemes . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4 iSCAT Showcase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.4.1 Detection and Sensing of Nanoparticles . . . . . . . . . . . . 43
2.4.2 Dynamics in Nanobiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.5 Summary and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3 Label-Free, Ultrahigh-Speed, Direct Imaging and Tracking
of Bionanoparticles in Live Cells by Using Coherent
Brightfield Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Chia-Lung Hsieh
3.1 Introduction to Label-Free Imaging in Live Cells Through
Linear Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2 COBRI Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3 Scattering Background Estimation and Correction . . . . . . . . . . . 74
3.4 Label-Free, Ultrahigh-Speed Imaging and Tracking of a Single
Bionanoparticle in Live Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4.1 Single Virus Dynamics on Cell Membrane . . . . . . . . . 78
3.4.2 Nanoscopic Dynamics of a Cell Vesicle During
Active Transportation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5 Conclusions and Future Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4 Tomographic Diffractive Microscopy: Principles,
Implementations, and Applications in Biology . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Bertrand Simon and Olivier Haeberlé
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.2 Digital Holographic Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.3 TDM with Illumination Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.4 Multiwavelength TDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5 TDM with Sample Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.6 Combined Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.7 Conclusion and Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5 Near-Field Scanning Optical Microscope Combined with Digital
Holography for Three-Dimensional Electromagnetic Field
Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Nancy Rahbany, Ignacio Izeddin, Valentina Krachmalnicoff,
Rémi Carminati, Gilles Tessier and Yannick De Wilde
5.1 Introduction to Near-Field Scanning Optical Microscopy
(NSOM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.2 Principles of Digital Holography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
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