基于誤差反向傳播原理的結(jié)構(gòu)探測超分辨顯微技術研究
發(fā)布時間：2020-12-07 02:50
光學顯微鏡在工業(yè)精密測量和生物成像領域中一直扮演著重要的角色,特別是在生物成像領域,分子熒光探針特異性標記技術的發(fā)展使得光學顯微鏡變得愈加不可替代,其非接觸、無損、可動態(tài)實時觀測特性是其他非光學顯微測量手段難以具備的。但是,眾所周知的光學衍射極限嚴重限制了其空間分辨能力,提升光學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、活體細胞成像等眾多前沿領域的迫切需求。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研究”主要針對生物成像領域,旨在通過結(jié)構(gòu)探測方法實現(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)照明技術相比,在激光掃描顯微系統(tǒng)探測臂中實現(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,更有利于生物細胞成像。但是,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)探測技術從結(jié)構(gòu)照明技術發(fā)展而來,仍需使用余弦函數(shù)探測并進行頻譜重構(gòu),而實際的光學顯微系統(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)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：121 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
基于RESOLFT過程的超分辨方法原理圖
圖 1-5 基于熒光開關的隨機光學重構(gòu)顯微技術原理圖[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（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特性，而是利用了熒光分子發(fā)光強度隨時間的隨機變化特征。在 SOFI 技術中，參與成像的熒光分子發(fā)光強度在時間上是隨機變化的而在空間上不同熒光分子的發(fā)光強度互不影響，因此，使用相機記錄一組隨時間變化的連續(xù)熒光圖像，通過計算熒光圖像中的每個像素點數(shù)值隨時間波動的高階累積量以獲知熒光分子的獨立波動特征，以此來對熒光分子完成定位以實現(xiàn)超分辨圖像的重建。實質(zhì)上，SOFI 技術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 中對單個熒光分子的控制，而是針對熒光分子光強波動的時域特征通過統(tǒng)計原理進行分離，適用于 SOFI 成像的熒光探針有可逆光開關熒光蛋白、具備閃爍特性的量子點等，SOFI 超分辨顯微技術相比其他單分子定位超分辨顯微技術具有系統(tǒng)簡單、成像時間快的優(yōu)
圖 1-6 超分辨熒光漲落成像技術原理圖[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特性或光強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定了這類方法的時間分辨力較以實現(xiàn)實時成像[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用結(jié)明[67]方法，其目的是為了在寬場顯微鏡中實現(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（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（Structumination microscopy, SIM），而這也就是人們更習慣稱之為的結(jié)構(gòu)光照明[70-77]技術。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]單分子定位超分辨顯微成像有機熒光探針的研究進展[J]. 潘文慧,李文,屈璟涵,葉懿霈,屈軍樂,楊志剛. 應用化學. 2019(03)
[2]綠色熒光碳量子點的細胞成像研究[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展[J]. 劉毋凡,陳楚芳,潘文慧,熊佳,屈軍樂,楊志剛. 化工進展. 2019(02)
[4]現(xiàn)代顯微成像技術及其在細胞生物學中的應用[J]. 楊治河,閆麗,李紅林,蔡亞非. 解剖學報. 2018(06)
[5]結(jié)構(gòu)光照明超分辨光學顯微成像技術與展望[J]. 陳廷愛,陳龍超,李慧,余佳,高玉峰,鄭煒. 中國光學. 2018(03)
[6]超分辨率成像熒光探針材料應用進展[J]. 劉志賀,吳長鋒. 中國光學. 2018(03)
[7]深度神經(jīng)網(wǎng)絡并行化研究綜述[J]. 朱虎明,李佩,焦李成,楊淑媛,侯彪. 計算機學報. 2018(08)
[8]超分辨顯微技術在活細胞中的應用與發(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)狀與進展[J]. 王超,張雅琳,姜會林,李英超,江倫,付強,韓龍. 激光與紅外. 2017(07)
[10]基于點掃描的超分辨顯微成像進展[J]. 趙光遠,鄭程,方月,匡翠方,劉旭. 物理學報. 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驗研究[D]. 王雪花.深圳大學 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 2015
[3]矢量衍射遠場超分辨聚焦相關理論及共焦顯微成像研究[D]. 劉濤.哈爾濱工業(yè)大學 2014
碩士論文
[1]基于光束串行掃描的陣列式結(jié)構(gòu)探測共焦技術研究[D]. 嚴情.哈爾濱工業(yè)大學 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 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 2015
本文編號：2902477
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：121 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
基于RESOLFT過程的超分辨方法原理圖
圖 1-5 基于熒光開關的隨機光學重構(gòu)顯微技術原理圖[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（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特性，而是利用了熒光分子發(fā)光強度隨時間的隨機變化特征。在 SOFI 技術中，參與成像的熒光分子發(fā)光強度在時間上是隨機變化的而在空間上不同熒光分子的發(fā)光強度互不影響，因此，使用相機記錄一組隨時間變化的連續(xù)熒光圖像，通過計算熒光圖像中的每個像素點數(shù)值隨時間波動的高階累積量以獲知熒光分子的獨立波動特征，以此來對熒光分子完成定位以實現(xiàn)超分辨圖像的重建。實質(zhì)上，SOFI 技術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 中對單個熒光分子的控制，而是針對熒光分子光強波動的時域特征通過統(tǒng)計原理進行分離，適用于 SOFI 成像的熒光探針有可逆光開關熒光蛋白、具備閃爍特性的量子點等，SOFI 超分辨顯微技術相比其他單分子定位超分辨顯微技術具有系統(tǒng)簡單、成像時間快的優(yōu)
圖 1-6 超分辨熒光漲落成像技術原理圖[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特性或光強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定了這類方法的時間分辨力較以實現(xiàn)實時成像[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用結(jié)明[67]方法，其目的是為了在寬場顯微鏡中實現(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（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（Structumination microscopy, SIM），而這也就是人們更習慣稱之為的結(jié)構(gòu)光照明[70-77]技術。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]單分子定位超分辨顯微成像有機熒光探針的研究進展[J]. 潘文慧,李文,屈璟涵,葉懿霈,屈軍樂,楊志剛. 應用化學. 2019(03)
[2]綠色熒光碳量子點的細胞成像研究[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展[J]. 劉毋凡,陳楚芳,潘文慧,熊佳,屈軍樂,楊志剛. 化工進展. 2019(02)
[4]現(xiàn)代顯微成像技術及其在細胞生物學中的應用[J]. 楊治河,閆麗,李紅林,蔡亞非. 解剖學報. 2018(06)
[5]結(jié)構(gòu)光照明超分辨光學顯微成像技術與展望[J]. 陳廷愛,陳龍超,李慧,余佳,高玉峰,鄭煒. 中國光學. 2018(03)
[6]超分辨率成像熒光探針材料應用進展[J]. 劉志賀,吳長鋒. 中國光學. 2018(03)
[7]深度神經(jīng)網(wǎng)絡并行化研究綜述[J]. 朱虎明,李佩,焦李成,楊淑媛,侯彪. 計算機學報. 2018(08)
[8]超分辨顯微技術在活細胞中的應用與發(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)狀與進展[J]. 王超,張雅琳,姜會林,李英超,江倫,付強,韓龍. 激光與紅外. 2017(07)
[10]基于點掃描的超分辨顯微成像進展[J]. 趙光遠,鄭程,方月,匡翠方,劉旭. 物理學報. 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驗研究[D]. 王雪花.深圳大學 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 2015
[3]矢量衍射遠場超分辨聚焦相關理論及共焦顯微成像研究[D]. 劉濤.哈爾濱工業(yè)大學 2014
碩士論文
[1]基于光束串行掃描的陣列式結(jié)構(gòu)探測共焦技術研究[D]. 嚴情.哈爾濱工業(yè)大學 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 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 2015
本文編號：2902477
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