超分辨熒光成像是本世紀顯微光學成像領域最重大技術的突破之一,它為生物醫(yī)學研究的諸多領域帶來了新的機會。超分辨定位成像是代表性的超分辨熒光成像技術,其技術關鍵是將原本空間上密集排布的熒光分子隨機分離到數(shù)千甚至數(shù)萬幅單分子熒光圖像中,然后通過單分子定位和重建技術得到一幅超分辨圖像。其中,單分子定位的質(zhì)量不僅和所使用的單分子定位算法有關,還決定于單分子熒光圖像的質(zhì)量。在超分辨定位成像系統(tǒng)的搭建中,選擇一個合適的弱光探測器是保證單分子熒光圖像質(zhì)量的關鍵因素。本論文通過實驗,系統(tǒng)定量的對不同弱光探測器的超分辨定位成像的性能進行評估,為超分辨定位成像領域研究人員在弱光探測器的選擇和優(yōu)化使用方面提供實驗依據(jù)。（1）超分辨定位成像中的原始圖像質(zhì)量控制:我們從兩個方面來對超分辨定位成像中的原始圖像質(zhì)量進行控制。在實驗樣品方面,我們通過系列實驗得到細胞和組織樣品的最優(yōu)化預處理流程,并選擇使用納米抗體和熒光染料Alexa Flour 647相結合的改進型免疫熒光標記方法;在光學系統(tǒng)方面,我們對系統(tǒng)的關鍵實驗參數(shù)進行測量和控制,提高對比實驗的同步性和穩(wěn)定性,最大程度提升弱光探測器的直接對比數(shù)據(jù)質(zhì)量。我們能同時... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

STORM原理圖

圖 1-2 兩種不同弱光探測器的工作原理圖：（a）CCD 工作原理圖，（b）sCMOS 工作原理圖[99]Fig. 1-2 The schemetic digram of two different low-light cameras: (a) CCD readout, (b) sCMOSreadout[99]弱光探測器主要有:CCCD，EMCCD 和 sCMOS。CCCD 和 EMCCD 的工作原理和 CCD 是基本一致的，但在探測器器件上有所不同，因此會產(chǎn)生不同噪聲，對成像結果也會造成不同影響。（1）CCCD：CCCD 探測器的原理就是 CCD 的芯片技術，只是 CCCD 顧名思義加入冷卻裝置，能讓 CCD 成像的相機噪聲大幅度減少，因此 CCCD 的芯片設計和材料選擇可以有效提高信號收集的效率，減小相機的噪聲參數(shù)[100]。在弱光探測器的制造過程中怎樣有效減小相機噪聲是關鍵所在。置于密封真空空間內(nèi)的 CCD 如果能在成像時將溫度降低，就可以大幅度的減小相機噪聲中的暗電流的組成，并將相機噪聲中讀出噪聲這個部分最小化到 3~8 個電子的水平，一般 CCD 探測器含有[101]

圖 1-3 EMCCD 的工作原理圖[104]Fig. 1-3 EMCCD readout[104]（3）sCOMS：CMOS 將儲存在像素里的電荷經(jīng)由放大器立即轉(zhuǎn)變成電壓，不同于 CCD 將電壓一個一個像素的傳遞。CMOS 可以通過控制晶體管的開關來進行電壓的傳遞。在 sCMOS 探測器中，一般有“Global shutter”和“Rolling Shutter”兩種成像模式。“Globalshutter”模式相比于“RollingShutter”模式雖然同時將所有的像素都讀出來，但是讀出速率慢了一半，還增加了暗電流和讀出噪聲�！癛ollingShutter”模式提供了更快的讀出速率，更低的暗電流和更小的讀出噪聲，每一行之間的讀出會有幾微秒的間隔。在大多數(shù)的生物學應用中這個時間的差別幾乎不會顯現(xiàn)出來，但是最好還是在使用之前用標準樣品進行校準。1.2.3 弱光探測器的性能參數(shù) 像素尺寸（Pixel Size）：探測器的像素大小，一般用 μm 作為計量單位。 有效像素數(shù)（Active Pixels）：探測器采圖時獲得的圖像中 X 和 Y 方向上的


本文編號：3623800