本文關鍵詞：基于熒光時空調(diào)控的超分辨顯微方法與系統(tǒng)研究

  更多相關文章： 超分辨 熒光顯微術 點擴散函數(shù)工程 STED 熒光漂白

【摘要】：遠場光學顯微成像技術具有無損、特異性強、穿透深度深等優(yōu)點,是生物醫(yī)學研究中的重要工具。然而,由于光學衍射極限的存在,遠場光學顯微成像技術的分辨率被限制在200nnm左右,無法滿足現(xiàn)代生物醫(yī)學研究的需求。共聚焦顯微技術可以有效提高遠場光學顯微成像技術的分辨率,然而其分辨率依然受到光學衍射極限的限制。熒光顯微成像技術具有高信噪比、特異性強、多參量等優(yōu)點,特別適用于長時程生物樣品的觀測。熒光顯微的“選擇性標記,選擇性激發(fā)”的成像特點,理論上可以突破衍射極限的限制。因此,基于熒光理論的超分辨顯微術是遠場光學超分辨顯微技術中的代表性技術。然而,現(xiàn)有的超分辨技術仍存在很多問題,例如分辨率不夠高、系統(tǒng)復雜、樣品適用范圍窄、成像速度慢等。本論文基于熒光能級理論與共聚焦技術,通過對熒光進行時空調(diào)控,旨在獲取分辨率更高、系統(tǒng)更加簡化、對熒光樣品適用范圍更廣、更多元的光學超分辨顯微方法和系統(tǒng),實現(xiàn)熒光樣品的亞百納米分辨率成像。主要工作和創(chuàng)新點如下：(1) 提出了兩種基于探測點擴散函數(shù)調(diào)制的超分辨方法和系統(tǒng)：通過對普通共聚焦系統(tǒng)進行簡單的改造,以及對熒光的“虛擬空間調(diào)控”,基于探測點擴散函數(shù)調(diào)制的超分辨方法和系統(tǒng)具有分辨率高、實時成像、信噪比高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、樣品適用范圍廣等優(yōu)點。(2) 基于時間門控技術和基于受激輻射的熒光時空調(diào)控技術,提出了一種離線式時間門控STED超分辨系統(tǒng)；同時利用熒光壽命分布,創(chuàng)新性地提出了一種基于熒光壽命分布的光斑對準方法：本系統(tǒng)獲得38nm-50nm的高分辨率,同時相對于普通STED,系統(tǒng)得到了大大的簡化,所需受激輻射光強也大大減弱。(3) 設計并搭建了一套基于STED和FED雙模式快速掃描超分辨顯微系統(tǒng)：創(chuàng)造性地將STED和FED兩類超分辨技術集成在同一套系統(tǒng)中,本系統(tǒng)具有樣品適用范圍廣、成像速度快、分辨率高等特點,系統(tǒng)STED模式可以獲得110nm左右分辨率,FED模式可以獲取140nnm左右分辨率。(4) 研究了STED系統(tǒng)中抗漂白封片荊、顆粒樣品、生物樣品的相關制備方法,對于緩解STED方法中樣品的漂白問題有重要意義。(5) 提出了一種共聚焦系統(tǒng)下基于熒光漂白與熒光隨機定位超分辨方法：針對熒光顯徽成像中的漂白問題,“變廢為寶”。本方法采用普通的共聚焦結(jié)構(gòu),有非常高的應用意義�；跓晒馄着c熒光隨機定位超分辨方法具有高分辨率、樣品適用范圍廣、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。
【關鍵詞】：超分辨 熒光顯微術 點擴散函數(shù)工程 STED 熒光漂白
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TH742
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-22
• 1 緒論22-42
• 1.1 光學顯微成像的早期探索22-24
• 1.2 熒光顯微成像技術24-27
• 1.2.1 熒光能級圖25-26
• 1.2.2 幾個重要的熒光概念26-27
• 1.2.3 常見非熒光過程27
• 1.3 共聚焦顯微成像技術27-29
• 1.4 遠場光學超分辨顯微成像29-36
• 1.4.1 研究意義29-30
• 1.4.2 基于點擴散函數(shù)工程的遠場光學超分辨顯微成像方法30-31
• 1.4.3 基于熒光隨機定位方法的遠場光學超分辨顯微成像方法31-33
• 1.4.4 基于頻域擴展的遠場光學超分辨成像方法33-34
• 1.4.5 其他遠場光學超分辨成像方法34-36
• 1.5 現(xiàn)有技術的缺陷和不足36-37
• 1.6 本論文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點37-41
• 1.6.1 本論文的研究內(nèi)容37-38
• 1.6.2 本論文的結(jié)構(gòu)38-40
• 1.6.3 本論文的創(chuàng)新點40-41
• 1.7 本章小結(jié)41-42
• 2 基于探測點擴散函數(shù)空間調(diào)控的超分辨方法和系統(tǒng)的研究42-70
• 2.1 引言42-43
• 2.2 理論基礎43-50
• 2.2.1 標量衍射理論43-44
• 2.2.2 標量衍射理論的聚焦模型44-46
• 2.2.3 光學顯微成像分辨率46-48
• 2.2.4 提高顯微系統(tǒng)分辨率的傳統(tǒng)方法48-49
• 2.2.5 其他限制分辨率的因素49-50
• 2.3 基于探測點擴散函數(shù)橫向位移差分的成像方法和系統(tǒng)研究50-61
• 2.3.1 技術背景50-52
• 2.3.2 系統(tǒng)設計52-53
• 2.3.3 理論分析53-54
• 2.3.4 參數(shù)優(yōu)化54-57
• 2.3.5 LDCM實驗驗證57-58
• 2.3.6 偏振與信噪比對成像效果的影響分析58-60
• 2.3.7 小結(jié)60-61
• 2.4 基于探測點擴散函數(shù)孔徑函數(shù)調(diào)制的超分辨方法和系統(tǒng)的研究61-68
• 2.4.1 技術背景61
• 2.4.2 系統(tǒng)設計61-62
• 2.4.3 理論分析62-65
• 2.4.4 實驗驗證65-68
• 2.4.5 小結(jié)68
• 2.5 基于探測點擴散函數(shù)空間調(diào)控的超分辨方法的特點總結(jié)68-69
• 2.6 本章小結(jié)69-70
• 3 基于受激輻射的時空調(diào)制超分辨顯微系統(tǒng)及成像研究70-106
• 3.1 引言70-71
• 3.2 系統(tǒng)總體介紹71-73
• 3.3 照明模塊設計73-82
• 3.3.1 波長的選擇73
• 3.3.2 激發(fā)光的重頻選擇73-74
• 3.3.3 聚焦光斑理論優(yōu)化74-78
• 3.3.4 激發(fā)光路描述78-79
• 3.3.5 受激輻射光光路描述79-80
• 3.3.6 照明光路偏振調(diào)制80-81
• 3.3.7 擴束系統(tǒng)存在的意義81
• 3.3.8 反射面型對照明光聚焦光斑的影響81-82
• 3.4 掃描模塊設計82-83
• 3.5 探測模塊設計83-84
• 3.5.1 探測模塊組成83
• 3.5.2 探測光路描述83-84
• 3.5.3 多模光纖芯徑大小84
• 3.6 系統(tǒng)光斑對準84-87
• 3.6.1 光斑對準的意義84-85
• 3.6.2 光束粗對準過程85-86
• 3.6.3 精細校準86-87
• 3.7 基于熒光壽命分布的光斑新對準方法87-93
• 3.7.1 研究背景87-88
• 3.7.2 理論基礎88-90
• 3.7.3 實驗驗證90-93
• 3.8 時間門控連續(xù)光受激輻射損耗超分辨93-97
• 3.8.1 理論描述93-95
• 3.8.2 離線式時間門控技術的重要性95-96
• 3.8.3 離線式時間門控的操作96-97
• 3.9 成像結(jié)果97-100
• 3.9.1 暗斑成像效果97
• 3.9.2 納米顆粒成像結(jié)果97-98
• 3.9.3 生物樣品成像結(jié)果98-100
• 3.10 系統(tǒng)信噪比問題100-104
• 3.10.1 信噪比與分辨率100
• 3.10.2 反卷積算法提升信噪比100-103
• 3.10.3 雙門控提升信噪比方法103-104
• 3.11 本章小結(jié)104-106
• 4 基于STED和FED雙模式快速掃描的空間調(diào)制超分辨系統(tǒng)及成像研究106-126
• 4.1 引言106
• 4.2 FED技術簡介106-109
• 4.2.1 FED技術發(fā)展106-107
• 4.2.2 FED基本原理107-109
• 4.3 系統(tǒng)的設計與調(diào)試109-117
• 4.3.1 系統(tǒng)總體介紹109-110
• 4.3.2 FED成像光路描述110-111
• 4.3.3 STED成像光路描述111-112
• 4.3.4 振鏡掃描模塊112-114
• 4.3.5 系統(tǒng)重要參數(shù)計算114
• 4.3.6 系統(tǒng)控制與信號傳遞114-117
• 4.4 系統(tǒng)光斑校準117-120
• 4.4.1 粗對準117-118
• 4.4.2 FED雙光束重合118
• 4.4.3 STED雙光束重合118-120
• 4.5 成像結(jié)果分析120-124
• 4.5.1 STED模式成像120-121
• 4.5.2 FED模式成像121-123
• 4.5.3 易漂白樣品雙模式測試123-124
• 4.6 本章小結(jié)124-126
• 5 STED超分辨系統(tǒng)中的樣品制備126-132
• 5.1 引言126
• 5.2 高功率下STED成像可能存在的問題126-128
• 5.2.1 熒光樣品漂白126-127
• 5.2.2 熒光樣品燃燒127-128
• 5.3 樣品制作方式選擇128
• 5.4 封片劑的選擇與制備128-129
• 5.4.1 Mowiol制作過程128-129
• 5.4.2 TDE制作過程129
• 5.5 顆粒樣品的制備過程129-130
• 5.6 生物細胞的制備過程130-131
• 5.7 本章小結(jié)131-132
• 6 基于熒光漂白與熒光隨機定位的時間調(diào)制超分辨方法和系統(tǒng)的研究132-144
• 6.1 引言132
• 6.2 技術背景132-133
• 6.3 系統(tǒng)要求133-135
• 6.3.1 系統(tǒng)光路描述133-134
• 6.3.2 系統(tǒng)控制和電信號處理134-135
• 6.3.3 系統(tǒng)成像重要參數(shù)設定135
• 6.4 理論分析與仿真135-139
• 6.4.1 方法流程135-137
• 6.4.2 恢復算法選擇137
• 6.4.3 方法仿真137-139
• 6.5 成像結(jié)果分析139-142
• 6.5.1 熒光顆粒樣品139-140
• 6.5.2 生物細胞140-142
• 6.6 本章小結(jié)142-144
• 7 總結(jié)與展望144-146
• 參考文獻146-158
• 作者簡介158-160
• 攻讀博士學位期間主要的研究成果160-162

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1 朱兆達,葉蓁如,鄔小青,殷軍,佘志舜;超分辨距離—多普勒成像研究[J];紅外與毫米波學報;1993年01期

2 李金宗,黃建明,李冬冬;基于理想采樣的快速超分辨算法[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2005年06期

3 許小劍,黃培康;飛行器散射中心的超分辨力診斷[J];宇航學報;1993年04期

4 李進延,阮昊,干福熹;只讀式超分辨光盤的膜層設計和分析[J];中國激光;2002年04期

5 盛衛(wèi)星,方大綱,楊正龍,李展;一般非綜合孔徑雷達方位超分辨研究[J];南京理工大學學報;2000年04期

6 謝良貴 ,姜新發(fā);正交化超分辨算法的誤差靈敏度分析[J];現(xiàn)代防御技術;1992年05期

7 殷軍,朱兆達;超分辨距離-多普勒成像的動態(tài)優(yōu)化方法[J];航空學報;1992年12期

8 蔡歡慶;匡翠方;王軼凡;葛劍虹;劉旭;;基于寬場隨機熒光漂白的超分辨顯微方法[J];中國激光;2013年11期

9 劉帥;葉燃;曹玲玲;;一種可移動超分辨成像系統(tǒng)的制備及其性質(zhì)研究[J];應用光學;2014年03期

10 王磊;王剛;許博謙;;一種基于移相技術的圖像超分辨方法[J];長春理工大學學報(自然科學版);2013年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 喬延利;葉松;方黎;洪津;方勇華;荀毓龍;;超分辨空間外差光譜成像技術[A];第六屆成像光譜技術與應用研討會文集[C];2006年

2 于建強;袁景和;方曉紅;;超分辨多功能熒光顯微成像[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第03分會：分析可視化及交叉學科新方法[C];2014年

3 李大勇;吳樂南;;特定條件下的圖像超分辨重建快速算法[A];第十三屆全國圖象圖形學學術會議論文集[C];2006年

4 程曉東;曹軒;何彥;;超分辨等離激元散射光成像研究[A];第十七屆全國光散射學術會議摘要文集[C];2013年

5 朱明強;張國峰;李沖;龔文亮;嚴慧;;熒光分子開關用于超分辨光學成像[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第21分會：光化學[C];2014年

6 鄒華;朱衛(wèi)華;嵇陽;吳建偉;;基于超分辨對衍射光斑的壓縮整形[A];魯豫贛黑蘇五省光學（激光）學會2011學術年會論文摘要集[C];2011年

7 陳薇;陳丹妮;齊t，

本文編號：610830