本文選題：超分辨顯微 + 單分子定位　； 參考：《深圳大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：近年來(lái),多種超分辨熒光顯微技術(shù)提高光學(xué)衍射極限分辨率10~20倍,達(dá)到幾十納米量級(jí),科學(xué)家們可以對(duì)細(xì)胞內(nèi)特定細(xì)胞器、病毒以及蛋白質(zhì)等在三維空間的精確定位和分布進(jìn)行研究,對(duì)于理解生命過(guò)程和疾病發(fā)生機(jī)理具有重要意義。然而,在活細(xì)胞成像過(guò)程中,由于時(shí)空分辨率之間相互制約的關(guān)系,現(xiàn)有的超分辨顯微技術(shù),大多存在時(shí)間分辨率較差、激發(fā)光強(qiáng)度大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題,不利于對(duì)活細(xì)胞進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè),而比較適合于固定細(xì)胞成像。其中,超分辨定位顯微(super resolution localization microscopy,SLM)和超分辨光學(xué)漲落成像(super-resolution optical fluctuation imaging,SOFI)技術(shù),就是利用熒光分子的閃爍特性,通過(guò)分時(shí)成像,重構(gòu)一組圖像序列的定位(SLM)或相關(guān)信息(SOFI)得到一幅超分辨圖像,導(dǎo)致時(shí)間分辨率較差,難以對(duì)某些活細(xì)胞內(nèi)納米尺度動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行成像。本論文針對(duì)SLM和SOFI兩種成像方法,重點(diǎn)研究如何提高超分辨成像速度,為研究活細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)過(guò)程提供新的技術(shù)方法。本論文的主要工作如下:1.提出一種結(jié)合受激輻射與單分子定位技術(shù)的快速超分辨顯微方法在SLM中,為了不降低單分子定位精度,同時(shí)縮短每幀圖像的曝光時(shí)間,需提高熒光分子的發(fā)光速率(單位時(shí)間內(nèi)單分子輻射的光子數(shù))。提出在熒光分子電子能級(jí)結(jié)構(gòu)中引入受激輻射過(guò)程,使之產(chǎn)生受激輻射信號(hào);并將受激輻射與單分子定位技術(shù)結(jié)合,提出一種超分辨定位受激輻射顯微方法。理論計(jì)算結(jié)果表明受激輻射可提高熒光分子的發(fā)光速率幾十倍,在模擬結(jié)果基礎(chǔ)上,利用超分辨定位受激輻射顯微獲得了橫向30 nm和0.05 s的超高時(shí)空分辨率。2.利用統(tǒng)計(jì)理論分析,研究了SOFI圖像的信噪比與熒光閃爍參數(shù)之間的量化關(guān)系SOFI通過(guò)統(tǒng)計(jì)一組隨機(jī)閃爍圖像序列的累積量來(lái)突破光學(xué)衍射極限,其圖像值不是熒光分子所發(fā)射光子的強(qiáng)度,而是一個(gè)隨時(shí)間振動(dòng)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)量。傳統(tǒng)的圖像信噪比分析理論并不適用于SOFI技術(shù),對(duì)某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法給出物理解釋。利用統(tǒng)計(jì)理論分析SOFI圖像的信噪比;計(jì)算累積量信噪比與熒光閃爍的參數(shù):包括亮態(tài)幾率、相機(jī)幀頻與平均閃爍速率之比、光振幅和序列長(zhǎng)度之間的量化關(guān)系,為SOFI實(shí)驗(yàn)提供物理解釋和理論指導(dǎo);通過(guò)模擬SOFI圖像,驗(yàn)證累積量統(tǒng)計(jì)噪聲是引起SOFI圖像非均勻現(xiàn)象的原因。3.提出基于標(biāo)準(zhǔn)差的解卷積優(yōu)化SOFI算法,提高超分辨成像速度2-10倍根據(jù)統(tǒng)計(jì)噪聲理論,有限長(zhǎng)序列下累積量估計(jì)的誤差,致使重構(gòu)SOFI圖像出現(xiàn)嚴(yán)重的非均勻和非連續(xù)現(xiàn)象。利用統(tǒng)計(jì)方差公式,求得SOFI圖像每個(gè)像素的標(biāo)準(zhǔn)差,并將結(jié)果引入后續(xù)的Lucy-Richardson解卷積算法中作為迭代優(yōu)化的偏差閾值,達(dá)到抑制噪聲,提高圖像質(zhì)量的目的。模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同序列下,基于標(biāo)準(zhǔn)差的解卷積優(yōu)化SOFI方法,顯著提高了重構(gòu)圖像的均勻性和連續(xù)性;在同等圖像質(zhì)量下,該優(yōu)化算法可縮短圖像序列至原來(lái)的一半至十分之一,提高超分辨成像速度2-10倍。4.開(kāi)展基于聚合物量子點(diǎn)的SOFI實(shí)驗(yàn)小尺寸光閃爍聚合物量子點(diǎn)(semiconductor polymer dots,Pdots)具有高亮度、超強(qiáng)光穩(wěn)定性及優(yōu)異生物相容性等特點(diǎn),適用于高時(shí)空分辨SOFI技術(shù)。開(kāi)展基于Pdots的SOFI實(shí)驗(yàn),利用提出的優(yōu)化SOFI算法,處理Pdots標(biāo)記的子宮頸癌細(xì)胞(Hela細(xì)胞)內(nèi)微絲結(jié)構(gòu)圖像,利用50張?jiān)瓐D重構(gòu),提高寬場(chǎng)顯微圖像的空間分辨率約2.2倍。本論文工作的創(chuàng)新點(diǎn)是,提出一種結(jié)合受激輻射與單分子定位技術(shù)的快速超分辨顯微方法;利用統(tǒng)計(jì)理論分析,獲得了SOFI圖像的信噪比與熒光閃爍參數(shù)之間的量化關(guān)系;提出基于標(biāo)準(zhǔn)差的解卷積優(yōu)化SOFI算法,提高超分辨成像速度2-10倍。
[Abstract]:In recent years , a variety of super - resolution fluorescence microscopy techniques have been used to improve the resolution of the optical diffraction limit by 10 to 20 times , which is of great significance to understand the precise location and distribution of specific organelle , virus and protein in cells . This paper presents a method of optimizing SOFI based on standard deviation , which can improve the uniformity and continuity of the reconstructed SOFI image .
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP391.41

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宋艷玲;;圖像超分辨重建技術(shù)研究現(xiàn)狀[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2012年09期

2 William F.Gabriel ,洪大光 ,李吉良;譜分析與自適應(yīng)陣列的超分辨技術(shù)[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);1981年12期

3 劉志文,柯有安;一種基于模型的雷達(dá)超分辨方法[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);1993年12期

4 魏勁松,阮昊,施宏仁,干福熹;一種新的超分辨記錄點(diǎn)的讀出技術(shù)[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2003年05期

5 孟婕;丁志華;周琳;;光學(xué)相干層析成像軸向超分辨研究[J];光子學(xué)報(bào);2008年03期

6 劉妍妍;張新;張建萍;;超分辨重建技術(shù)及其研究進(jìn)展[J];中國(guó)光學(xué)與應(yīng)用光學(xué);2009年02期

7 韓軍;薛小樂(lè);王星;;光電成像系統(tǒng)超分辨成像技術(shù)方法研究[J];應(yīng)用光學(xué);2011年01期

8 王繼良,段鳳增;最大熵法在高頻雷達(dá)角度超分辨中的應(yīng)用[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);1993年10期

9 張鋒,王陽(yáng),徐文東,顧冬紅,干福熹;超分辨近場(chǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)及其應(yīng)用[J];光學(xué)技術(shù);2003年05期

10 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(xué)學(xué)報(bào);2005年06期

相關(guān)會(huì)議論文 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(shù)[A];第六屆成像光譜技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)文集[C];2006年

2 于建強(qiáng);袁景和;方曉紅;;超分辨多功能熒光顯微成像[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第03分會(huì)：分析可視化及交叉學(xué)科新方法[C];2014年

3 李大勇;吳樂(lè)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(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)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(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議摘要文集[C];2013年

5 朱明強(qiáng);張國(guó)峰;李沖;龔文亮;嚴(yán)慧;;熒光分子開(kāi)關(guān)用于超分辨光學(xué)成像[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第21分會(huì)：光化學(xué)[C];2014年

6 鄒華;朱衛(wèi)華;嵇陽(yáng);吳建偉;;基于超分辨對(duì)衍射光斑的壓縮整形[A];魯豫贛黑蘇五省光學(xué)（激光）學(xué)會(huì)2011學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2011年

7 陳薇;陳丹妮;齊t，

本文編號(hào)：1982055