近年來(lái),超分辨率光學(xué)顯微術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了細(xì)胞生物學(xué)和納米材料學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展。超分辨光學(xué)顯微術(shù)主要被分為兩大類:第一類是結(jié)構(gòu)光照明顯微技術(shù),它通過(guò)對(duì)衍射極限范圍內(nèi)分子的熒光行為進(jìn)行空間調(diào)制,使得熒光的發(fā)光點(diǎn)小于衍射極限。這類技術(shù)的典型代表是受激發(fā)射損耗顯微術(shù)（STED）。第二類是隨機(jī)單分子定位顯微術(shù)（SMLM）,重構(gòu)出一副超高分辨率的圖像。其典型代表有隨機(jī)光重建顯微術(shù)（STORM）、光敏定位顯微術(shù)（PALM）等。而點(diǎn)掃描光學(xué)顯微系統(tǒng)是構(gòu)建第一類超分辨率顯微系統(tǒng),例如受激發(fā)射損耗顯微系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)平臺(tái)。點(diǎn)掃描光學(xué)顯微系統(tǒng)對(duì)推動(dòng)超分辨率光學(xué)顯微技術(shù)的發(fā)展有著重要的作用。本文旨在構(gòu)建一種基于點(diǎn)照明、點(diǎn)探測(cè)的點(diǎn)掃描光學(xué)顯微系統(tǒng),并對(duì)其成像關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。文中首先概述了點(diǎn)掃描光學(xué)顯微技術(shù)的原理及應(yīng)用,并論述了衍射極限與分辨率之間的關(guān)系。結(jié)合時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),提出并研制了具有良好橫向和縱向掃描能力的點(diǎn)掃描光學(xué)顯微系統(tǒng),主要包括硬件、軟件、掃描控制以及光學(xué)系統(tǒng)等。解決了系統(tǒng)研制過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集與處理、系統(tǒng)同步控制、照明光的產(chǎn)生、熒光光子的探測(cè)、系統(tǒng)調(diào)節(jié)與優(yōu)化等關(guān)鍵問(wèn)題。最終,建立測(cè)試... 

【文章來(lái)源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１光學(xué)衍射與分辨率的關(guān)系??理想情況下，一個(gè)物點(diǎn)經(jīng)光學(xué)顯微成像之后，應(yīng)該是一個(gè)像點(diǎn)

?第１章緒論???＾?．?＿?ＪｊＬ?ＪｆＬ?＾ＪＬ．??誠(chéng)鐵錢??祕(mì)錢?祕(mì)能雅?不能分辨??圖１．１光學(xué)衍射與分辨率的關(guān)系??理想情況下，一個(gè)物點(diǎn)經(jīng)光學(xué)顯微成像之后，應(yīng)該是一個(gè)像點(diǎn)。然而由于光??的波動(dòng)性，物點(diǎn)經(jīng)光學(xué)顯微成像為一個(gè)像斑。當(dāng)兩個(gè)物點(diǎn)的距離很近時(shí)，就可??能導(dǎo)致兩個(gè)像斑不能被分辨。一般來(lái)說(shuō)，最小分辨角反映了光學(xué)顯微鏡的分辨??能力，最小分辨角越小，則光學(xué)顯微成像的分辨率越高。最小分辨角ｅ的示意圖，??如圖１．２所示。圖中０１和０２代表兩個(gè)物點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)了?Ｐ１和Ｐ２兩個(gè)像點(diǎn)，??物點(diǎn)與對(duì)應(yīng)像點(diǎn)連線的夾角被稱為最小分辨角。阿貝衍射極限的瑞利判據(jù)指出，??光學(xué)顯微成像能夠分辨的最小分辨角可以表示為０＝１．２２Ｘ／Ｄ，其中，Ｄ表示物鏡??的通光孔徑，Ｘ為照明光的波長(zhǎng)。??Ｐ２?Ｐ１??ｍ??０１?０２??圖１．２最小分辨角示意圖??為了打破光學(xué)衍射極限這一瓶頸，人們提出了諸多的解決方法�？茖W(xué)家們從??多方面入手，提出了諸多的光學(xué)顯微方法。從光學(xué)性質(zhì)著手，利用波長(zhǎng)、偏振、??相位等光學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)了熒光顯微、偏振顯微等光學(xué)顯微技術(shù)。在照明方式方??面，設(shè)計(jì)了點(diǎn)照明，場(chǎng)照明等多種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光學(xué)顯微系統(tǒng)。使用短波長(zhǎng)的照??明光，設(shè)計(jì)了紫外光顯微鏡等。目前，應(yīng)用廣泛的超分辨率光學(xué)顯微術(shù)中，可??以免受光學(xué)衍射極限影響的主要被分為兩大類【３１：??第一類為基于照明光空間調(diào)制的結(jié)構(gòu)光照明顯微技術(shù)（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?Ｌｉｇｈｔ??Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，?ＳＬＩＭ）。它通過(guò)對(duì)照明光進(jìn)行空間調(diào)制，以控制樣品的??熒光行為，使得只有中間小于衍射極限部分被激發(fā)，從而突破光學(xué)衍射

激發(fā)射損耗顯微方法［４］。受激發(fā)射損耗顯微術(shù)是一種可以突破??衍射極限的遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)顯微成像技術(shù)，該顯微方法利用光的相干相消原理，在光??路中加入中心光強(qiáng)為零的環(huán)形損耗光［５］，該損耗光可以將激發(fā)光外圍的電子以非??線性的形式損耗ｔ６］，當(dāng)這種受激發(fā)射達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，外圍電子只能通過(guò)受激發(fā)??■?射的形式回到基態(tài)，而不會(huì)自發(fā)的回到基態(tài)［７］。這種非線性的受激發(fā)射方式可以??使得照明光斑外圍的光強(qiáng)被衰減為零，激發(fā)光的尺寸小于阿貝衍射極限［８］，從而??獲得超越光學(xué)衍射極限的成像分辨率。如圖１．３所示，為受激發(fā)射損耗顯微系統(tǒng)??的原理圖，圖中紅色為激發(fā)光，粉色為損耗光，綠色為發(fā)射熒光。??激發(fā)光?損耗光??１?｜料＇??ＡＰＤ?◎?＼??針孔Ｕ二向針孔品??收束鏡?、?物鏡??圖１．３受激發(fā)射損耗顯微術(shù)原理圖??由圖１．３可知，受激發(fā)射損耗顯微術(shù)的光路被分為激發(fā)光和損耗光兩部分，??其原理是在損耗光路中插入螺旋相位板（ＶＰＰ）?［９＿１（）１，引入０－２ｔｔ的相位延遲，進(jìn)??而形成中心光強(qiáng)為零的環(huán)形損耗光，然后將激發(fā)光與中心光強(qiáng)為零的環(huán)形損耗??光重合并疊加，由于相干相消的原理，中心光強(qiáng)為零的損耗光將激發(fā)光的外圍??的光強(qiáng)損耗為零，而得到尺寸小于衍射極限的激發(fā)光。受激發(fā)射損耗的強(qiáng)度點(diǎn)??擴(kuò)散函數(shù)可以表示為［１１］：??ＩＥ?（ｘ，?ｙ，?ｚ）?＝?７ｅｘｃ?（ｘ，?ｙ，?ｚ）?ｅｘｐｆ－／＾?（ｘ，?ｙ，?ｚ）＾?／?Ｉｓ）］?（１．１）??式中：／Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）為受激發(fā)射損耗的場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，／＿（ｘ，ｙ，ｚ）為激發(fā)場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)擴(kuò)??散函數(shù)，Ｊｓ，ｅｄ（ｘ，ｙ，ｚ）為歸一化的損耗場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，／＿／人為飽和因子

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3211784