本文關(guān)鍵詞：基于光片熒光顯微鏡的三維單粒子追蹤研究

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【摘要】：三維單粒子追蹤技術(shù)能夠更真實(shí)地獲得活細(xì)胞內(nèi)生物分子在納米空間尺度和毫秒時(shí)間尺度上的動(dòng)態(tài)過程信息,已成為研究生命科學(xué)問題的重要手段。然而,利用該技術(shù)對(duì)厚生物樣品進(jìn)行研究時(shí)仍然面臨著諸多挑戰(zhàn),包括如何提高圖像信噪比、時(shí)空分辨率和成像深度等。針對(duì)這些難以解決的問題,本論文在已有單粒子追蹤方法的基礎(chǔ)上,發(fā)展了一種新的三維納米分辨單粒子成像和追蹤方法。該方法通過將光片熒光顯微術(shù)(light sheet fluorescence microscopy,LSFM)和雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(double-helix point spread function,DH-PSF)定位方法相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)對(duì)厚樣品中單粒子的三維納米分辨成像和追蹤,該方法具有圖像對(duì)比度高、時(shí)空分辨率高,背景噪聲低和成像深度深等優(yōu)點(diǎn)。本論文完成的主要研究工作包括以下幾個(gè)方面:(1)分析了現(xiàn)有三維單粒子追蹤方法的優(yōu)缺點(diǎn),進(jìn)而提出將光片熒光顯微鏡和雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)軸向納米定位方法相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)三維納米分辨單粒子追蹤的方法。(2)基于光片熒光顯微鏡的基本理論,設(shè)計(jì)和搭建了片狀光照明子系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了參量標(biāo)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,片狀光的特征尺寸(厚度2.24?m,焦深26.3?m)與理論設(shè)計(jì)相一致。(3)進(jìn)一步闡述了雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的理論與技術(shù)問題,基于此設(shè)計(jì)研制了高效雙螺旋相位片,擴(kuò)展了系統(tǒng)的成像深度,實(shí)現(xiàn)了單粒子的三維納米分辨定位。(4)設(shè)計(jì)和搭建了一套基于光片熒光顯微鏡和雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)顯微鏡的三維納米分辨單粒子成像系統(tǒng),并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化;為了驗(yàn)證系統(tǒng)性能,引入了傳統(tǒng)熒光顯微鏡的照明光路進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,圖像襯度和定位精度獲得顯著提高。(5)利用該套系統(tǒng)開展了瓊脂溶液中單個(gè)熒光珠的三維追蹤實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了系統(tǒng)的可靠性,為進(jìn)一步對(duì)完整細(xì)胞等厚樣品內(nèi)的分子動(dòng)態(tài)過程研究提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本論文研究工作的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:(1)針對(duì)單粒子成像時(shí)由于背景噪聲使圖像信噪比降低的問題,提出了片狀光照明的解決方法,通過理論分析和實(shí)驗(yàn)證明了該方法可在樣品任意深度上選擇厚度2?m的單一薄層激發(fā),從而抑制背景噪聲,提高信噪比。(2)將光片熒光顯微鏡和雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)成像系統(tǒng)相結(jié)合,利用光片熒光顯微鏡能夠提高圖像對(duì)比度的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了雙螺旋相位片由于光能利用率較低引起圖像對(duì)比度降低的缺陷,擴(kuò)展了成像深度,提高了單粒子的三維定位精度。
【關(guān)鍵詞】：光片顯微術(shù) 雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù) 單粒子追蹤 定位精度 熒光顯微
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH742
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 單粒子追蹤技術(shù)的發(fā)展10-20
• 1.3 本論文的選題依據(jù)及主要工作20-22
• 第2章 光片熒光顯微術(shù)22-31
• 2.1 光片熒光顯微術(shù)的基本理論22-28
• 2.2 光片顯微術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景28-30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第3章 基于雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的三維單粒子定位技術(shù)31-36
• 3.1 雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)基本理論31-34
• 3.2 雙螺旋點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的應(yīng)用與存在的問題34-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 第4章 基于光片熒光顯微鏡的三維單粒子追蹤系統(tǒng)36-49
• 4.1 三維單粒子追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-38
• 4.2 高效雙螺旋相位片的設(shè)計(jì)38-40
• 4.3 系統(tǒng)搭建40-44
• 4.4 系統(tǒng)標(biāo)定44-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 基于光片熒光顯微鏡的三維單粒子追蹤實(shí)驗(yàn)49-53
• 5.1 熒光單粒子追蹤實(shí)驗(yàn)49-50
• 5.2 結(jié)果分析50-52
• 5.3 本章小結(jié)52-53
• 第6章 總結(jié)與展望53-55
• 6.1 研究工作總結(jié)53
• 6.2 研究展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 致謝61-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果及參與的研究項(xiàng)目62-63

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 應(yīng)立明,謝曉亮;單分子的光學(xué)檢測(cè)及應(yīng)用[J];大學(xué)化學(xué);1999年05期

2 王桂英,王琛,徐至展,陳宜張;生物單分子光學(xué)探測(cè)方法的進(jìn)展[J];激光生物學(xué)報(bào);2003年03期

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本文編號(hào)：788630