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測試測量

超分辨光學(xué)成像中的高密度熒光分子定位方法

星之球激光 來源:武漢華中科大光電國家實(shí)2011-09-13 我要評論(0 )   

光學(xué)顯微鏡 的分辨率受到衍射效應(yīng)的限制。自1873年以來,200納米的阿貝極限一直被認(rèn)為是光學(xué)顯微鏡理論上的分辨率極限。近年,人們在超越衍射極限的成像方法研究中取得...

 光學(xué)顯微鏡的分辨率受到衍射效應(yīng)的限制。自1873年以來,200納米的“阿貝極限”一直被認(rèn)為是光學(xué)顯微鏡理論上的分辨率極限。近年,人們在超越衍射極限的成像方法研究中取得了令人矚目的進(jìn)展,其中,基于單分子定位的超分辨光學(xué)成像技術(shù)(即:單分子定位顯微成像技術(shù)),獲得了高達(dá)30~50 nm的空間分辨率,為科學(xué)研究的諸多領(lǐng)域,尤其是活細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)過程的研究,提供了前所未有的工具。

        單分子定位顯微成像技術(shù)是一種依賴于單分子熒光成像和定位來實(shí)現(xiàn)超分辨成像的寬場熒光成像技術(shù)。從原理可知,熒光分子定位是該技術(shù)不可缺少的一步,其熒光分子定位的精度和被定位的熒光分子數(shù)決定了超分辨成像的空間分辨率。目前的熒光分子定位方法在速度和精度方面得到不斷發(fā)展,但是這些方法僅考慮熒光分子充分分離的情形(即稀疏定位),即它們的艾利斑不相互重疊。而在實(shí)際的單分子成像中,一個(gè)艾利斑內(nèi)存在兩個(gè)甚至更多個(gè)待定位分子的情形不可避免。因此,發(fā)展高密度熒光分子定位方法,在不損失所需定位熒光分子總數(shù)情況下,減少熒光分子成像次數(shù),有利于擴(kuò)展單分子定位顯微成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

        武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室(籌)Britton Chance生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究中心“現(xiàn)代顯微光學(xué)成像”研究團(tuán)隊(duì)黃振立教授、全廷偉博士生等,與我校數(shù)學(xué)系劉小茂副教授、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院丁久平教授等合作,根據(jù)單分子定位顯微成像技術(shù)的原理,建立了一種高密度熒光分子定位方法SSM_BIC。數(shù)值分析和實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于稀疏定位方法,在常規(guī)信號水平下,SSM_BIC方法可將定位密度提高一個(gè)數(shù)量級;在弱信號水平下,SSM_BIC方法也能將定位密度提高3至6倍(圖1);該項(xiàng)工作得到國家自然科學(xué)基金和武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新基金等的支持,結(jié)果發(fā)表在2011年8月29日Optics Express, Vol. 19, Iss. 18, P. 16963-16974。

        (a)TIRF圖像;(b)由稀疏定位方法得到超分辨圖像;(c)由SSM_BIC方法分析得到的超分辨圖像;(d)-(e)單分子的信息統(tǒng)計(jì)。(標(biāo)尺: 2 μm )。

 

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