自适应光学在超分辨显微成像技术中的应用(内封面文章·特邀)

1

作者 王韵澎 燕静 郝翔 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期11-25,共15页

荧光显微镜是研究细胞结构和动态过程的最有力的工具之一,近年来发展的超分辨显微成像技术更是突破了传统衍射极限,能够在观测活体生物样本中达到纳米级的分辨率。但由于生物样品内部折射率变化的复杂性,进行超分辨观测时成像性能往往... 荧光显微镜是研究细胞结构和动态过程的最有力的工具之一,近年来发展的超分辨显微成像技术更是突破了传统衍射极限,能够在观测活体生物样本中达到纳米级的分辨率。但由于生物样品内部折射率变化的复杂性,进行超分辨观测时成像性能往往会因样品引起的像差而降低。自适应光学是一种矫正波前误差的技术,在超分辨显微成像技术中引入自适应光学技术可以显著提高超分辨系统的成像分辨率、成像深度、成像速度。为了进一步提高超分辨显微成像系统的成像性能,研究者不断创新自适应光学在超分辨技术的应用方法。介绍了自适应光学技术,阐述了其在显微成像中的应用;详细分析了近年来自适应光学在超分辨显微成像技术的应用,最终进行了总结,并对未来技术发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 超分辨显微成像 自适应光学 机器学习 波前探测

在线阅读 下载PDF 职称材料

单分子定位超分辨显微成像技术研究进展及展望(特邀综述) 被引量：10

2

作者 安莎 但旦 +2 位作者 于湘华 彭彤 姚保利 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1-18,共18页

随着新型荧光探针、先进激光、高灵敏光电探测器等相关领域的不断发展,突破衍射极限的超分辨光学显微技术为现代生物医学研究提供了新的有力工具,其中的单分子定位技术利用荧光分子的光开关效应,实现了亚细胞结构的纳米精度超分辨成像.... 随着新型荧光探针、先进激光、高灵敏光电探测器等相关领域的不断发展,突破衍射极限的超分辨光学显微技术为现代生物医学研究提供了新的有力工具,其中的单分子定位技术利用荧光分子的光开关效应,实现了亚细胞结构的纳米精度超分辨成像.本文介绍了单分子定位超分辨显微技术的基本原理与实现,例举了其在细胞生物学、组织生物学以及神经科学等方面的应用,讨论了该技术目前的发展趋势及可能的改进方向,为相关领域科学研究提供参考.超分辨光学显微技术的不断创新将推动生命科学的新发展. 展开更多

关键词 光学显微 荧光显微 超分辨显微 单分子定位 生物成像

在线阅读 下载PDF 职称材料

超分辨显微技术在活细胞中的应用与发展 被引量：17

3

作者 胡春光 查日东 +4 位作者 凌秋雨 何程智 李奇峰 胡晓东 胡小唐 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期15-25,共11页

细胞是生命体的基本单位和功能单位,对活细胞内部结构及其功能的研究是了解掌握生命本质的基础之一,因此活细胞的实时观测对生命科学的发展具有重要意义。传统的光学显微技术受衍射极限的限制,无法观测200 nm以下的生物结构细节。近20年... 细胞是生命体的基本单位和功能单位,对活细胞内部结构及其功能的研究是了解掌握生命本质的基础之一,因此活细胞的实时观测对生命科学的发展具有重要意义。传统的光学显微技术受衍射极限的限制,无法观测200 nm以下的生物结构细节。近20年来,随着超衍射极限光学理论、技术、器件和荧光探针等方面的快速发展,超分辨显微成像技术已成为应用于生命科学研究的重要手段。然而,大多数超分辨显微方法或测量耗时长,或易引起荧光蛋白漂白/细胞损伤,在活细胞研究中受到极大限制,已成为超分辨显微领域重点攻关的方向之一。为此,文中结合作者在快速超分辨显微技术研究的基础上,介绍了基于单分子成像的光激活定位显微技术和随机光学重构显微技术、基于荧光非线性可饱和光转换的受激发射显微技术以及基于结构光照明的超分辨显微技术,并探讨了在活细胞成像中的发展应用。最后,文中展望了超分辨显微成像技术在活细胞成像中的未来发展趋势。 展开更多

关键词 超分辨显微技术 单分子定位显微技术 受激发射损耗显微技术 结构光照明显微技术

在线阅读 下载PDF 职称材料

大视场微球透镜超分辨显微成像技术的研究进展 被引量：2

4

作者 胡春光 李恩赐 +3 位作者 翟聪 高晓晴 陈雨露 郭梦迪 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期436-449,共14页

光学显微镜是人类探索微观世界的重要工具,在生物学、医学、材料学、精密测量学等领域发挥重要作用。由于衍射极限的存在,发展更高质量、更高空间分辨率的超分辨光学显微成像技术成为当下研究的前沿热点。基于微球透镜的超分辨显微成像... 光学显微镜是人类探索微观世界的重要工具,在生物学、医学、材料学、精密测量学等领域发挥重要作用。由于衍射极限的存在,发展更高质量、更高空间分辨率的超分辨光学显微成像技术成为当下研究的前沿热点。基于微球透镜的超分辨显微成像技术有着易于实现、简单直接和免标记的显著优点,发展潜力巨大。但是单个微球的视野有限,且难以进行精确定位。提高微球的可操控性,拓展超分辨显微成像视场的范围,已成为该技术突破发展的核心关键。文中在介绍微球超分辨的成像原理,分析影响成像质量主要因素的基础上,重点总结了国内外团队在拓展微球透镜超分辨显微成像视场方面的最新研究进展。根据微球的操控方式,将研究工作总结为机械接触控制、微球辅助增强层、非接触控制和微球物镜一体化四类进行介绍,探讨其技术特点,并对大视场成像、图像拼接等面向视场拓展的图像处理技术进行论述。最后,提出微球透镜超分辨显微成像技术亟待解决的关键问题、存在的难点与挑战,以及未来开展研究工作的突破点,展望了该技术的发展与应用拓展方向。 展开更多

关键词 超分辨显微成像 微球透镜 成像视场 图像拼接

在线阅读 下载PDF 职称材料

超分辨显微技术结合smFISH方法在E.coli sRNA SgrS定位中的应用

5

作者 王净 阮崇美 +2 位作者 白园园 韩延平 杨瑞馥 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第4期415-422,共8页

细菌调节小RNA通常与靶mRNA结合,影响翻译和mRNA降解过程.了解细菌小RNA的定量和定位信息,将有助于揭示细菌转录后水平的调控机制.小RNA SgrS通过抑制ptsG mRNA翻译起始,参与细菌磷酸葡萄糖代谢的应激过程.本研究应用单分子荧光原位杂交... 细菌调节小RNA通常与靶mRNA结合,影响翻译和mRNA降解过程.了解细菌小RNA的定量和定位信息,将有助于揭示细菌转录后水平的调控机制.小RNA SgrS通过抑制ptsG mRNA翻译起始,参与细菌磷酸葡萄糖代谢的应激过程.本研究应用单分子荧光原位杂交(smFISH)方法和超分辨显微技术可视化定位大肠杆菌细胞内小RNA SgrS,并初步验证伴侣分子Hfq蛋白和RNaseE降解酶对小RNA SgrS定位的影响.选取大肠杆菌模式菌MG1655 (野生株)、sgrS敲除株(△sgrS)和过表达株(△sgrS-pBAD-SgrS),使用RNA印迹和smFISH方法验证SgrS的过表达.应用smFISH方法分别在野生菌株、hfq敲除株(△hfq)和rne敲除株(△rne-710)中定位小RNA SgrS和ptsG mRNA,超分辨成像观察.与野生株相比,△hfq和△rne-710中SgrS主要定位于近膜区域,ptsG mRNA定位于细菌胞浆中,并且这两种RNA拷贝数均极显著增加.以上结果表明,分别敲除大肠杆菌hfq和rne-710基因导致SgrS和ptsG mRNA的表达量增加. smFISH方法和超分辨技术的结合应用为细菌RNA的直观定量和定位提供了高敏感性的检测方法,可用于基因调控的功能研究. 展开更多

关键词 大肠杆菌 Northern BLOT smFISH 超分辨显微技术 SRNA SgrS HFQ RNASE E ptsG mRNA

在线阅读 下载PDF 职称材料

超分辨显微成像中荧光单分子定位算法的研究进展 被引量：2

6

作者 林婉妮 金璐红 许迎科 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期229-237,共9页

超分辨显微成像技术的发展,可为生物医学的研究提供前所未有的机会。基于单分子定位的超分辨显微成像技术由于其相对简单的硬件结构,在生物医学领域的应用较为广泛。单分子定位的超分辨成像巧妙利用荧光发光的特点,针对少量离散的随机... 超分辨显微成像技术的发展,可为生物医学的研究提供前所未有的机会。基于单分子定位的超分辨显微成像技术由于其相对简单的硬件结构,在生物医学领域的应用较为广泛。单分子定位的超分辨成像巧妙利用荧光发光的特点,针对少量离散的随机发光的荧光分子进行成像,再通过拟合分析实现单分子的高精度空间定位。在这一过程中,荧光单分子的定位算法及图像处理速度显得尤其关键。对单分子定位成像算法的基本原理进行阐述,包括模型和估计器的选择以及重建结果的评估等内容。同时针对拟合方法和功能的不同,对10余种算法进行分类和比较,并选取具有代表性的算法展开讨论和分析,希望对未来开展相关研究提供一定的参考。 展开更多

关键词 单分子定位 算法 超分辨显微成像 点扩散函数 图像处理

在线阅读 下载PDF 职称材料

超分辨显微成像技术在细胞器相互作用研究中的应用(特邀)

7

作者 戴太强 高晔 +7 位作者 马英 蔡卜磊 刘富伟 何博聆 禹洁 侯燕 郜鹏 孔亮 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期48-59,共12页

观察细胞器间动态相互作用,深入分析作用规律,对于揭示生理病理过程现象背后的机制具有十分重要的意义。传统光学显微镜受到由光波波长和孔径造成的衍射极限的限制,无法观测细胞器纳米级精细结构及细胞器间相互作用的动态变化规律。超... 观察细胞器间动态相互作用,深入分析作用规律,对于揭示生理病理过程现象背后的机制具有十分重要的意义。传统光学显微镜受到由光波波长和孔径造成的衍射极限的限制,无法观测细胞器纳米级精细结构及细胞器间相互作用的动态变化规律。超分辨显微成像技术的出现为细胞器相互作用研究提供了重要手段,在深入揭示细胞器相互作用规律,阐明生理病理现象深层的机制研究中发挥了重要的作用。文中介绍了受激发射损耗(Stimulated emission depletion,STED)显微成像、结构光照明显微成像(Structured illumination microscopy,SIM)、单分子定位显微成像(Single molecule localization microscopy,SMLM)技术,并总结了这三类超分辨显微成像技术在细胞器相互作用中的应用与现状,为超分辨显微成像技术在细胞器相互作用研究中的应用提供思路拓展。最后,对超分辨显微成像技术在细胞器相互作用研究中的优势与不足进行分析总结,展望了超分辨显微成像技术在活细胞内细胞器相互作用成像中的需求发展趋势,为光学与医学及生物学的交叉融合发展提供一定的参考。 展开更多

关键词 超分辨显微成像 细胞器间相互作用 受激发射损耗显微成像 结构光照明显微成像 单分子定位显微成像

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于科研成果转化的超分辨显微成像教学实验设计

8

作者 黄幼萍 陈小钢 《荆楚理工学院学报》 2023年第4期77-84,共8页

为培养创新应用型工程人才,融合专业基础知识与教师科研成果,利用MATLAB GUI强大的计算和人机交互功能构建STED超分辨显微成像仿真实验平台。通过GUI界面可以方便地进行各项参数设置和可视化入射光像差和偏振态对超分辨效果的影响,具有... 为培养创新应用型工程人才,融合专业基础知识与教师科研成果,利用MATLAB GUI强大的计算和人机交互功能构建STED超分辨显微成像仿真实验平台。通过GUI界面可以方便地进行各项参数设置和可视化入射光像差和偏振态对超分辨效果的影响,具有良好的可操作性和交互性。借助该仿真实验摆脱了实验仪器、场地等束缚,解决了实验装置复杂、设备昂贵等问题,为实验教学提供了一种可视化手段,同时还实现了基础理论与前沿技术的融会贯通,使学生充分认识和掌握高新技术,为拔尖创新人才提供了重要的培养途径。 展开更多

关键词 科研成果 教学实验 STED超分辨显微成像 MATLAB GUI 创新能力

在线阅读 下载PDF 职称材料

差分压缩成像型结构光照明超分辨显微技术研究(特邀)

9

作者 成泊璋 姚云华 +7 位作者 何一林 黄正齐 何宇 郭梦迪 齐大龙 沈乐成 孙真荣 张诗按 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第20期18-26,共9页

压缩成像型结构光照明超分辨显微(CISIM)技术中不同相移结构的光照明图像的叠加压缩减小了频谱调制成分的占比,影响重构图像质量,针对该问题,发展一种差分压缩成像型结构光照明超分辨显微(DCISIM)技术,利用结构照明压缩图像与宽场图像... 压缩成像型结构光照明超分辨显微(CISIM)技术中不同相移结构的光照明图像的叠加压缩减小了频谱调制成分的占比,影响重构图像质量,针对该问题,发展一种差分压缩成像型结构光照明超分辨显微(DCISIM)技术,利用结构照明压缩图像与宽场图像的参考差分,增大高频图像信息占比,提升重构图像的质量。利用仿真实验验证DCISIM技术的性能优势,同时测试其在不同噪声条件下的成像性能,并简要讨论其技术特点与发展前景。结果表明,DCISIM技术能提升重构图像的精度与细节分辨能力,且能在噪声强度较低的情况下提供较好的超分辨成像效果。 展开更多

关键词 荧光显微 结构光照明显微 超分辨显微 压缩感知 图像重构

原文传递

深度学习赋能的结构光照明超分辨显微技术:原理与应用

10

作者 黎昕然 陈嘉杰 +6 位作者 王美婷 郑晓敏 杜鹏 钟义立 戴小祺 屈军乐 邵永红 《中国激光》 CSCD 北大核心 2024年第21期35-49,共15页

结构光照明显微成像(SIM)技术是一种在超分辨显微成像领域极具代表性的技术。尽管结构光照明能够提升空间分辨率,但其在实现超分辨过程中需要采集多幅图像,而且,诸如样本厚度不一、结构光平移的系统误差及环境噪声等因素均可能会对SIM... 结构光照明显微成像(SIM)技术是一种在超分辨显微成像领域极具代表性的技术。尽管结构光照明能够提升空间分辨率,但其在实现超分辨过程中需要采集多幅图像,而且,诸如样本厚度不一、结构光平移的系统误差及环境噪声等因素均可能会对SIM成像质量产生影响。为解决这些问题,神经网络技术被引入SIM图像处理中。目前,常用的算法模型有卷积神经网络(CNN)及其变体以及生成对抗网络(GAN),它们通过训练样本来分析和纠正上述系统误差,提高时间分辨率,实现快速超分辨成像。据查,目前尚未有文章对于基于深度学习算法的结构光照明显微技术进行综合分析。鉴于此,本文介绍了SIM的基础原理并分析了深度学习算法近年来在提高SIM系统性能方面的应用,并对SIM技术未来的发展方向和面临的挑战进行了前瞻性探讨。 展开更多

关键词 结构化照明显微系统 卷积神经网络 超分辨显微成像 图像处理

原文传递

三维超分辨显微成像技术的研究进展及展望 被引量：12

11

作者 王潇 涂世杰 +4 位作者 刘鑫 赵悦晗 匡翠方 刘旭 郝翔 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第22期1-26,共26页

超分辨显微成像技术是细胞生物学中研究细胞器结构、相互作用和蛋白质功能的强大工具,其具有突破光学衍射极限的分辨能力,从纳米尺度上为细胞生物学提供了新的分析手段,对生命科学相关领域具有重大意义。然而,受衍射极限的影响,超分辨... 超分辨显微成像技术是细胞生物学中研究细胞器结构、相互作用和蛋白质功能的强大工具,其具有突破光学衍射极限的分辨能力,从纳米尺度上为细胞生物学提供了新的分析手段,对生命科学相关领域具有重大意义。然而,受衍射极限的影响,超分辨显微镜的轴向分辨率相比于横向分辨率要更难以提高,这导致实现细胞结构亚百纳米分辨率的三维成像更为困难。从受激辐射损耗显微术和单分子定位显微术这两种主流技术出发,对目前存在的多种三维成像技术进行了原理介绍和特点分析,最后对其未来发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 显微 荧光成像 超分辨显微 三维成像 受激辐射损耗显微术 单分子定位显微术

原文传递

基于和频效应和环形光的超分辨红外显微成像方法 被引量：3

12

作者 陈丹妮 李亚晖 +1 位作者 刘伟 刘正一 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期179-185,共7页

提出了一种结合和频效应和环形光照明的远场超分辨红外显微成像方法。红外光、不同频率的环形和高斯可见光同时共轴激发样品,当红外光频率等于样品分子某一共振频率时,样品分子吸收红外光到达振动激发态,环形和高斯可见光与共振分子作... 提出了一种结合和频效应和环形光照明的远场超分辨红外显微成像方法。红外光、不同频率的环形和高斯可见光同时共轴激发样品,当红外光频率等于样品分子某一共振频率时,样品分子吸收红外光到达振动激发态,环形和高斯可见光与共振分子作用分别产生无效和有效的和频信号。利用三束光的矢量光场表达式和模型能级系统的速率方程进行数值模拟发现,当总可见光足够强时,可使总和频信号饱和,环形和高斯可见光与共振分子的作用出现竞争,通过提高环形可见光光子流密度超过饱和光子流密度,并降低高斯可见光光子流密度,可有效地抑制环形区域有效和频信号的产生,从而达到压缩PSF的目的,在物镜数值孔径0.6的情况下,通过数值模拟得到有效和频信号PSF半高宽为56 nm。 展开更多

关键词 红外吸收 超分辨显微成像 衍射极限 高分辨

在线阅读 下载PDF 职称材料

深度学习在超分辨显微成像中的应用研究进展 被引量：3

13

作者 陆青霜 金璐红 许迎科 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第24期92-105,共14页

荧光超分辨显微成像技术的发展使得人们有望以前所未有的时空分辨率来实现细胞内动态生命活动的纳米尺度探测。传统超分辨显微成像技术需要较强的激发光源或采集数量较多的原始数据用于图像重建,因此在活细胞动态实时成像应用中存在不... 荧光超分辨显微成像技术的发展使得人们有望以前所未有的时空分辨率来实现细胞内动态生命活动的纳米尺度探测。传统超分辨显微成像技术需要较强的激发光源或采集数量较多的原始数据用于图像重建,因此在活细胞动态实时成像应用中存在不足。深度学习驱动的超分辨成像新技术的研究,有望在多个方面突破现有超分辨成像技术的发展瓶颈。从超分辨成像技术的原理出发,分析了传统超分辨成像技术的不足,总结阐述了深度学习技术在超分辨显微成像领域中的最新应用及未来的研究方向与面临的挑战。 展开更多

关键词 医用光学 荧光成像 超分辨显微成像 深度学习 图像重建

原文传递

荧光蛋白与超分辨显微成像 被引量：6

14

作者 彭鼎铭 付志飞 徐平勇 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期72-78,共7页

超分辨显微成像技术使细胞生物学进入到了一个全新的时代,但如何进一步提高超分辨显微成像技术的时空分辨率仍是光学领域需要解决的重要问题。目前为止几乎所有的超分辨显微成像技术都依赖于荧光探针,光调控荧光蛋白作为一类特殊的荧光... 超分辨显微成像技术使细胞生物学进入到了一个全新的时代,但如何进一步提高超分辨显微成像技术的时空分辨率仍是光学领域需要解决的重要问题。目前为止几乎所有的超分辨显微成像技术都依赖于荧光探针,光调控荧光蛋白作为一类特殊的荧光探针,可以被不同波长的激发光所激活,产生随机或者特殊结构样式的信号。利用这些信息,透镜系统的空间分辨率得到了提高。通过总结光调控荧光蛋白的各类参数,从荧光探针入手,寻找进一步提高成像系统空间分辨率的方法与策略,为选取适当的荧光探针提供建议,并且阐述了荧光蛋白与超分辨显微成像技术之间的关系。 展开更多

关键词 显微 超分辨显微成像 荧光探针 光调控荧光蛋白 Skylan-S Skylan-NS

原文传递

基于点扫描结构光的SHG超分辨显微技术研究 被引量：1

15

作者 王美婷 吴文帅 +4 位作者 汪磊 郑晓敏 贾伯良 陈嘉杰 邵永红 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期183-190,共8页

二次谐波产生(SHG)成像技术是一种针对非中心对称生物组织的免标记成像技术,已经成为生命科学研究的重要手段。衍射极限使得SHG技术无法分辨衍射极限以下的精细结构。虽然超分辨显微技术取得了突破性进展,但是SHG的相干非线性过程限制了... 二次谐波产生(SHG)成像技术是一种针对非中心对称生物组织的免标记成像技术,已经成为生命科学研究的重要手段。衍射极限使得SHG技术无法分辨衍射极限以下的精细结构。虽然超分辨显微技术取得了突破性进展,但是SHG的相干非线性过程限制了SHG超分辨显微技术的发展。提出了一种点扫描结构光照明SHG超分辨显微(SHG-psSIM)技术,实现了氧化锌颗粒和小鼠尾腱的超分辨SHG显微成像。在传统的SHG显微系统的激发光路中引入电光调制器,通过对激发光正弦调制产生点扫描结构照明图案。基于点扫描结构照明图案与样本结构相互作用产生的莫尔条纹效应,将原本不可探测的样本高频信息搬移到显微镜通频带内,并利用光电倍增管探测。最后,利用软件重构出超分辨率图像。对比传统SHG系统,SHG-psSIM分辨率提高了1.86倍。 展开更多

关键词 显微 二次谐波产生 二次谐波产生显微 结构光照明显微 超分辨显微

原文传递

新型超分辨显微技术浅析 被引量：2

16

作者 金录嘉 何洋 +3 位作者 瞿璐茜 张弛 李美琪 席鹏 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第3期67-74,共8页

随着荧光探针的出现,超分辨成像技术发展迅速,多种不同的超分辨显微技术产生并得到广泛应用。超分辨成像技术的发展为生命科学领域的研究提供了极大便利,也越来越受到研究者的重视。由于传统超分辨显微成像技术在成像速度、观察视野范... 随着荧光探针的出现,超分辨成像技术发展迅速,多种不同的超分辨显微技术产生并得到广泛应用。超分辨成像技术的发展为生命科学领域的研究提供了极大便利,也越来越受到研究者的重视。由于传统超分辨显微成像技术在成像速度、观察视野范围、系统成本等方面仍存在一定的限制,新型超分辨显微成像技术的发展让研究人员再次看到超分辨成像领域的曙光。介绍了近年来出现的几种新型超分辨成像技术,包括膨胀样品超分辨技术、表面增强超分辨技术和荧光偏振超分辨技术,旨在总结这些新型超分辨技术的发展,为生命科学领域提供新的技术参考。 展开更多

关键词 成像系统 超分辨显微 膨胀样品超分辨 表面增强超分辨 荧光偏振超分辨

原文传递

几种超分辨率荧光显微技术的原理和近期进展 被引量：20

17

作者 吕志坚 陆敬泽 +1 位作者 吴雅琼 陈良怡 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2009年第12期1626-1634,共9页

在生命科学领域,人们常常需要在细胞内精确定位特定的蛋白质以研究其位置与功能的关系.多年来,宽场/共聚焦荧光显微镜的分辨率受限于光的阿贝/瑞利极限,不能分辨出200nm以下的结构.近年来,随着新的荧光探针和成像理论的出现,研究者开发... 在生命科学领域,人们常常需要在细胞内精确定位特定的蛋白质以研究其位置与功能的关系.多年来,宽场/共聚焦荧光显微镜的分辨率受限于光的阿贝/瑞利极限,不能分辨出200nm以下的结构.近年来,随着新的荧光探针和成像理论的出现,研究者开发了多种实现超出普通共聚焦显微镜分辨率的三维超分辨率成像方法.主要介绍这些方法的原理、近期进展和发展趋势.介绍了光源的点扩散函数(point spread function,PSF)的概念和传统分辨率的定义,阐述了提高xy平面分辨率的方法.通过介绍单分子荧光成像技术,引入了单分子成像定位精度的概念,介绍了基于单分子成像的超分辨率显微成像方法,包括光激活定位显微技术(photoactivated localization microscopy,PALM)和随机光学重构显微技术(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM).介绍了两大类通过改造光源的点扩散函数来提高成像分辨率的方法,分别是受激发射损耗显微技术(stimulated emission depletion,STED)和饱和结构照明显微技术(saturated structure illumination microscopy,SSIM).比较了不同的z轴提取信息的方法,并阐述了这些方法与xy平面上的超分辨率显微成像技术相结合所得到的各种三维超分辨率显微成像技术的优劣.探讨了目前超分辨率显微成像的发展极限和方向. 展开更多

关键词 超分辨率荧光显微技术 点扩散函数 PALM STORM STED SSIM

在线阅读 下载PDF 职称材料

超分辨成像及超分辨关联显微技术研究进展 被引量：13

18

作者 林丹樱 屈军乐 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第14期246-268,共23页

光学成像系统中有限孔径对光波的衍射,使得光学显微成像技术的分辨率受到"衍射极限"限制而无法进一步提高.自1873年E.K.Abbe提出该问题以来,衍射极限就一直是学术界研究的热点.近年来,随着高强度激光、高灵敏探测器等光电器... 光学成像系统中有限孔径对光波的衍射,使得光学显微成像技术的分辨率受到"衍射极限"限制而无法进一步提高.自1873年E.K.Abbe提出该问题以来,衍射极限就一直是学术界研究的热点.近年来,随着高强度激光、高灵敏探测器等光电器件研制技术以及新型荧光探针开发等相关领域的快速发展,光学显微技术衍射极限问题的研究迎来了新的契机,超分辨显微成像技术(super-resolution microscopy.SRM)在近十年内取得了令人瞩目的巨大成就.本文从空域和频域角度回顾了衍射极限分辨率的基本原理,并据此对目前常见的各种SRM技术"绕过"衍射极限提高分辨率的机理给予了详解,同时介绍了各类技术的发展动态和研究方向;作为SRM的一个新的重要的发展趋势,本文详细介绍了超分辨关联显微技术的最新研究进展,包括SRM与活细胞实时荧光显微、荧光寿命显微、光谱测量和成像、电子显微、原子力显微、质谱技术等的关联,着重讨论了各类超分辨关联显微技术的作用和意义;最后,对SRM技术和超分辨关联显微技术的未来发展方向进行了展望. 展开更多

关键词 衍射极限 超分辨成像 关联显微技术 超分辨关联显微技术

在线阅读 下载PDF 职称材料

超分辨显微成像技术在活体大脑成像中的应用 被引量：7

19

作者 高露 高贝贝 王富 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第20期165-177,共13页

超分辨显微成像技术是生物医学领域的重要成像工具,它通过突破光学衍射的极限,以纳米级尺度解析大脑神经元的结构,其在活体大脑成像中的应用对于神经科学的发展具有重要影响。由于组织光散射、生物相容性、成像系统兼容性等因素,超分辨... 超分辨显微成像技术是生物医学领域的重要成像工具,它通过突破光学衍射的极限,以纳米级尺度解析大脑神经元的结构,其在活体大脑成像中的应用对于神经科学的发展具有重要影响。由于组织光散射、生物相容性、成像系统兼容性等因素,超分辨显微成像技术在活体大脑成像的深度、速度、时间等方面都受到限制。基于传统的双光子显微成像策略,本文介绍了目前应用于活体大脑成像的受激发射损耗显微成像和结构光照明显微成像的研究进展,分析了它们存在的困难和挑战,最后总结了应对挑战的思路并对未来的发展进行了展望。 展开更多

关键词 医用光学 超分辨显微成像 活体成像 大脑成像 双光子显微成像 受激发射损耗显微成像 结构光照明显微成像

原文传递

基于极大似然法的超分辨荧光显微成像方法研究 被引量：1

20

作者 张赛文 曹艳青 +1 位作者 冷潇泠 谭伟石 《湖南城市学院学报（自然科学版）》 CAS 2021年第1期60-64,共5页

由于光的衍射极限限制,人们无法观察精细的细胞结构和获得纳米级的蛋白质以及生物分子信息.本研究采用极大似然算法来实现单分子定位.首先,对荧光分子图像进行解卷积和二值化处理降噪;其次,对荧光显微成像过程建立极大似然模型;最后,用... 由于光的衍射极限限制,人们无法观察精细的细胞结构和获得纳米级的蛋白质以及生物分子信息.本研究采用极大似然算法来实现单分子定位.首先,对荧光分子图像进行解卷积和二值化处理降噪;其次,对荧光显微成像过程建立极大似然模型;最后,用优化工具箱函数进行求解.模拟结果表明:相邻20 nm的2条分子带可以分辨;将此算法应用于实际生物样品的超分辨成像时,原本不能区别的2条微丝可以进行区分,且分辨能力得到了提高;极大似然法可以很好地完成分子定位,进而实现超分辨图像的重构. 展开更多

关键词 单分子定位 超分辨显微成像 极大似然法 点扩展函数

在线阅读 下载PDF 职称材料