光學(xué)顯微成像技術(shù)在顯微生物學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用,同時成為材料學(xué)、醫(yī)學(xué)、光學(xué)、能源等其他領(lǐng)域不可或缺的重要工具。隨著16世紀(jì)第一臺現(xiàn)代意義上的顯微成像系統(tǒng)被研制,光學(xué)顯微成像技術(shù)一直受限于光的衍射效應(yīng)限制,導(dǎo)致生物學(xué)家用光學(xué)顯微方法無法直接觀測到200 nm以下的生物結(jié)構(gòu)。近幾十年來,隨著相關(guān)光學(xué)技術(shù)和材料研究的進(jìn)一步完善,越來越多突破衍射極限的超分辨顯微成像技術(shù)被提出,2014年諾貝爾化學(xué)獎被授予該領(lǐng)域,進(jìn)一步促使了超分辨顯微技術(shù)的發(fā)展。在目前眾多超分辨顯微成像技術(shù)中,受激輻射損耗顯微技術(shù)（STED）通過改造共聚焦顯微系統(tǒng),采用激發(fā)光束和損耗光束相結(jié)合的形式壓縮成像光斑的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）,從而實(shí)現(xiàn)超分辨成像,因此其不僅保留共聚焦系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),同時能快速直接獲取樣品的超分辨顯微圖像信息,無需進(jìn)一步后期處理。在生物研究領(lǐng)域,金納米顆粒作為常用的等離子體納米顆粒,被廣泛用于生物成像、免疫標(biāo)記、光熱治療、藥物載體等方面,起到非常重要的作用。在此研究背景下,本論文從傳統(tǒng)的STED顯微技術(shù)出發(fā),分析該顯微技術(shù)存在的缺陷,結(jié)合等離子體納米顆粒的特性,提出了基于金納米顆粒非線性飽和散射特性的非熒光... 

【文章來源】：暨南大學(xué)廣東省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

生物尺寸與各顯微成像技術(shù)的分辨率對比示意圖[2]

存在熒光發(fā)光現(xiàn)象，并將其引入到光學(xué)成像研究應(yīng)用中，構(gòu)建出熒光顯微成像系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了對細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)特征的觀察。熒光顯微成像系統(tǒng)以其具有低損傷、高特異性、高靈敏度以及實(shí)時動態(tài)成像等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞內(nèi)新陳代謝過程的研究中，有效的促進(jìn)了現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，并且對材料、光學(xué)、精密加工等多個相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大推動作用，如圖1-1所示。隨著物理學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)在光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行顯微成像過程中，由于光具有衍射特性，點(diǎn)光源經(jīng)過有限尺寸的透鏡，在像空間形成的是具有一定強(qiáng)度分布的埃里光斑[3]，如圖1-2所示。1873年，德國物理學(xué)家ErnstAbbe基于光學(xué)相干照明的理論，推導(dǎo)出著名的阿貝衍射極限公式，即光學(xué)顯微成像系統(tǒng)的分辨率與入射波長成正比，與顯微物鏡的數(shù)值孔徑成反比關(guān)系。由此可知，傳統(tǒng)熒光顯微鏡的成像分辨率極限為可見光波長的一半，即200nm左右。然而，在生物研究過程中，一些存在于細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器、病毒和蛋白質(zhì)等物質(zhì)或分子的結(jié)構(gòu)以及其精確定位、分布等信息都是處于納米量級，大大超出了傳統(tǒng)光學(xué)顯微成像系統(tǒng)的分辨極限，而無法被人們觀測。圖1-2阿貝衍射極限公式。因此，人們通過對阿貝衍射極限公式的研究，得出了提升光學(xué)系統(tǒng)分辨率的兩種主要方法：第一，降低入射波長；第二，提高物鏡數(shù)值孔徑。針對第一種方法，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電子的德布羅意波長遠(yuǎn)小于光波長，可以采用電子束替代入射光的方法，來實(shí)現(xiàn)入射波長的降低，進(jìn)而提升系統(tǒng)的成像分辨率，由此開發(fā)出電子顯微成像技術(shù)（EM，Electronmicroscope），其分辨率可達(dá)0.1nm~0.2nm[4]。然而，該技術(shù)使用的電子束能量過高，穿透深度較低，樣品制備過程復(fù)雜，并且缺乏成像特異性標(biāo)記，并不適用于生物活體和復(fù)雜樣品的原位觀察。針對第二種方

暨南大學(xué)博士學(xué)位論文-5-子都被單獨(dú)激活并淬滅；第五步，將所有幀上的熒光分子原始圖像疊加獲得樣品的顯微圖像（圖1-3E和F），疊加所有程序處理后的熒光分子圖像，由此重構(gòu)出超越衍射極限的超分辨顯微圖像（圖1-3E’和F’）。圖1-3光活化定位顯微技術(shù)（PALM）的成像原理圖[7]。從理論上分析，PALM顯微成像技術(shù)具有超高的分辨率，可達(dá)到1nm數(shù)量級

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]受激輻射損耗超分辨熒光成像探針研究進(jìn)展[J]. 劉毋凡,陳楚芳,潘文慧,熊佳,屈軍樂,楊志剛.  化工進(jìn)展. 2019(02)
[2]結(jié)構(gòu)光照明超分辨光學(xué)顯微成像技術(shù)與展望[J]. 陳廷愛,陳龍超,李慧,余佳,高玉峰,鄭煒.  中國光學(xué). 2018(03)
[3]從超振蕩透鏡到超臨界透鏡:超越衍射極限的光場調(diào)制[J]. 秦飛,李向平,洪明輝.  光電工程. 2017(08)
[4]突破光學(xué)衍射極限:實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場納米級分辨的光學(xué)顯微鏡[J]. 倪潔蕾,程亞.  科學(xué). 2015(01)
[5]受激發(fā)射損耗顯微術(shù)（STED）的機(jī)理及進(jìn)展研究[J]. 李帥,匡翠方,丁志華,郝翔,顧兆泰,葛劍虹,劉旭.  激光生物學(xué)報(bào). 2013(02)
[6]幾種超分辨率熒光顯微技術(shù)的原理和近期進(jìn)展[J]. 呂志堅(jiān),陸敬澤,吳雅瓊,陳良怡.  生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展. 2009(12)
[7]超分辨遠(yuǎn)場生物熒光成像——突破光學(xué)衍射極限[J]. 毛崢樂,王琛,程亞.  中國激光. 2008(09)

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(shí)驗(yàn)研究[D]. 王雪花.深圳大學(xué) 2017

碩士論文
[1]超分辨熒光顯微方法與系統(tǒng)研究[D]. 李帥.浙江大學(xué) 2014



本文編號：3490545