發(fā)布時(shí)間：2020-12-07 02:50

　　光學(xué)顯微鏡在工業(yè)精密測量和生物成像領(lǐng)域中一直扮演著重要的角色,特別是在生物成像領(lǐng)域,分子熒光探針特異性標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展使得光學(xué)顯微鏡變得愈加不可替代,其非接觸、無損、可動態(tài)實(shí)時(shí)觀測特性是其他非光學(xué)顯微測量手段難以具備的。但是,眾所周知的光學(xué)衍射極限嚴(yán)重限制了其空間分辨能力,提升光學(xué)顯微鏡的空間分辨力是工業(yè)精密測量、精密制造、生物制藥、活體細(xì)胞成像等眾多前沿領(lǐng)域的迫切需求。本課題“基于誤差反向傳播原理的結(jié)構(gòu)探測超分辨顯微技術(shù)研究”主要針對生物成像領(lǐng)域,旨在通過結(jié)構(gòu)探測方法實(shí)現(xiàn)對生物熒光樣品的超分辨。結(jié)構(gòu)探測方法可在不改變現(xiàn)有激光掃描顯微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下相對寬場顯微系統(tǒng)提升2倍的橫向分辨力,與寬場結(jié)構(gòu)照明技術(shù)相比,在激光掃描顯微系統(tǒng)探測臂中實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)探測方法在原理上具備層析能力,而且通過結(jié)構(gòu)探測超分辨可在長波照明條件下獲得短波照明的分辨力,更長的激發(fā)波長意味著更大的探測深度及更小的光毒性和光漂白問題,更有利于生物細(xì)胞成像。但是,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)探測技術(shù)從結(jié)構(gòu)照明技術(shù)發(fā)展而來,仍需使用余弦函數(shù)探測并進(jìn)行頻譜重構(gòu),而實(shí)際的光學(xué)顯微系統(tǒng)不可能完全理想,任何器件的參數(shù)或位置偏差都會導(dǎo)致探測函數(shù)與理論值的差異... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

基于RESOLFT過程的超分辨方法原理圖

圖 1-5 基于熒光開關(guān)的隨機(jī)光學(xué)重構(gòu)顯微技術(shù)原理圖[59]Fig. 1-5 Principle diagram of stochastic optical reconstruction microscopy withphoto-switchable fluorophores[59]超分辨熒光閃爍成像[62]技術(shù)（Super resolution optical fluctuation imagingSOFI）是由 T. Dertingera 等人于 2009 年提出的，其原理如圖 1-6 所示，這種技術(shù)的本質(zhì)仍然基于熒光單分子定位，但是，其利用的不再是熒光分子的開關(guān)特性，而是利用了熒光分子發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間的隨機(jī)變化特征。在 SOFI 技術(shù)中，參與成像的熒光分子發(fā)光強(qiáng)度在時(shí)間上是隨機(jī)變化的而在空間上不同熒光分子的發(fā)光強(qiáng)度互不影響，因此，使用相機(jī)記錄一組隨時(shí)間變化的連續(xù)熒光圖像，通過計(jì)算熒光圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)數(shù)值隨時(shí)間波動的高階累積量以獲知熒光分子的獨(dú)立波動特征，以此來對熒光分子完成定位以實(shí)現(xiàn)超分辨圖像的重建。實(shí)質(zhì)上，SOFI 技術(shù)的原理依然是單分子定位，但其確定單分子位置的手段不再是 STORM、PALM 中對單個(gè)熒光分子的控制，而是針對熒光分子光強(qiáng)波動的時(shí)域特征通過統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行分離，適用于 SOFI 成像的熒光探針有可逆光開關(guān)熒光蛋白、具備閃爍特性的量子點(diǎn)等，SOFI 超分辨顯微技術(shù)相比其他單分子定位超分辨顯微技術(shù)具有系統(tǒng)簡單、成像時(shí)間快的優(yōu)

圖 1-6 超分辨熒光漲落成像技術(shù)原理圖[62]Fig. 1-6 Principle diagram of super resolution optical fluctuation imaging[62]綜上所述，基于熒光單分子定位的超分辨方法需要具有開關(guān)特性或光強(qiáng)特性的熒光分子探針，通過熒光探針單分子定位的方式可以顯著提升圖像間分辨力，但是其熒光圖像的記錄方式?jīng)Q定了這類方法的時(shí)間分辨力較以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像[63-66]。2.3 結(jié)構(gòu)照明超分辨顯微成像方法1997 年由 M. A. A. Neil 和 T. Wilson 等人提出在寬場顯微鏡中應(yīng)用結(jié)明[67]方法，其目的是為了在寬場顯微鏡中實(shí)現(xiàn)層析。而將結(jié)構(gòu)照明方法用升顯微鏡的分辨力則是于 1999 年由 Rainer Heintzmann 等人提出的調(diào)制顯微[68]技術(shù)（Laterally modulated excitation microscopy, LMEM）和 200 Mats G. L. Gustafsson 等人提出的結(jié)構(gòu)光照明顯微[69]技術(shù)（Structumination microscopy, SIM），而這也就是人們更習(xí)慣稱之為的結(jié)構(gòu)光照明[70-77]技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單分子定位超分辨顯微成像有機(jī)熒光探針的研究進(jìn)展[J]. 潘文慧,李文,屈璟涵,葉懿霈,屈軍樂,楊志剛.  應(yīng)用化學(xué). 2019(03)
[2]綠色熒光碳量子點(diǎn)的細(xì)胞成像研究[J]. 劉歡,張洪文,湯玉英,姜彥.  化工新型材料. 2019(02)
[3]受激輻射損耗超分辨熒光成像探針研究進(jìn)展[J]. 劉毋凡,陳楚芳,潘文慧,熊佳,屈軍樂,楊志剛.  化工進(jìn)展. 2019(02)
[4]現(xiàn)代顯微成像技術(shù)及其在細(xì)胞生物學(xué)中的應(yīng)用[J]. 楊治河,閆麗,李紅林,蔡亞非.  解剖學(xué)報(bào). 2018(06)
[5]結(jié)構(gòu)光照明超分辨光學(xué)顯微成像技術(shù)與展望[J]. 陳廷愛,陳龍超,李慧,余佳,高玉峰,鄭煒.  中國光學(xué). 2018(03)
[6]超分辨率成像熒光探針材料應(yīng)用進(jìn)展[J]. 劉志賀,吳長鋒.  中國光學(xué). 2018(03)
[7]深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行化研究綜述[J]. 朱虎明,李佩,焦李成,楊淑媛,侯彪.  計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào). 2018(08)
[8]超分辨顯微技術(shù)在活細(xì)胞中的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 胡春光,查日東,凌秋雨,何程智,李奇峰,胡曉東,胡小唐.  紅外與激光工程. 2017(11)
[9]超分辨成像方法研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]. 王超,張雅琳,姜會林,李英超,江倫,付強(qiáng),韓龍.  激光與紅外. 2017(07)
[10]基于點(diǎn)掃描的超分辨顯微成像進(jìn)展[J]. 趙光遠(yuǎn),鄭程,方月,匡翠方,劉旭.  物理學(xué)報(bào). 2017(14)

博士論文
[1]基于單分子熒光閃爍的快速超分辨顯微方法和實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王雪花.深圳大學(xué) 2017
[2]弱光探測器的超分辨定位成像性能研究[D]. 胡哲.華中科技大學(xué) 2015
[3]矢量衍射遠(yuǎn)場超分辨聚焦相關(guān)理論及共焦顯微成像研究[D]. 劉濤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于光束串行掃描的陣列式結(jié)構(gòu)探測共焦技術(shù)研究[D]. 嚴(yán)情.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]基于空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)探測共焦橫向超分辨方法研究[D]. 周夢姣.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]基于結(jié)構(gòu)探測原理的共焦超分辨方法研究[D]. 王寶凱.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號：2902477