1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 高端生物医学成像省部共建重大科技基础设施，湖北 武汉 430074
显微镜的光学孔径和测量带宽的有限性限制了生物应用中的信息获取，包括在观测生物体系的精细亚细胞结构动力学过程、活体超快瞬态生物学过程，以及介观离体组织的高效三维成像等，这一问题成为多领域生物医学研究的制约因素。传统荧光显微镜的局限性促使研究人员着手探索新型荧光显微成像原理和方法。研究者们引入了人工智能手段，以提高荧光显微成像的速度和精度，从而增加信息获取的通量。本文以细胞生物学、发育生物学和肿瘤医学为视角，详细分析了在这些领域中通量限制带来的挑战。结合深度学习，突破了传统荧光显微成像的通量限制问题，为物理光学和图像处理领域的进一步发展提供了契机。这一创新助力于生物医学研究的推进，使科学家能够更全面、深入地理解生命和健康领域的复杂现象。因此，本研究不仅对生物医学领域具有重要意义，而且为未来的研究和应用提供了崭新的可能性。
荧光显微 深度学习 超分辨成像 超快成像 高通量成像 激光与光电子学进展
2024, 61(16): 1600001
南方科技大学生物医学工程系，广东 深圳 518055
由于衍射极限的存在，传统的光学成像手段无法观测细胞器结构及细胞器之间的相互作用。单分子定位显微成像技术作为三种超分辨技术中分辨率最高的成像技术，为生命科学领域的研究提供了重要手段。大视场高通量单分子成像技术具有分辨率高、成像范围大和成像时间短等特点，在生物医学领域广泛用于观察和分析复杂的生物结构和功能。从基于硬件扫描的拼接成像技术、基于大面阵sCMOS的大视场高通量成像技术、大景深单分子定位成像技术、高通量数据分析技术4个方面回顾近年来大视场高通量单分子定位技术的研究进展。最后，对大视场高通量单分子定位成像技术的发展方向进行展望。
高通量 大视场 单分子定位显微镜 超分辨成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618004
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 湖北省高端生物医学成像重大科技基础设施，湖北 武汉 430074
近几十年来，光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新，显著提升了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术，光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本，大大提高了光子利用效率，降低了光毒性，并显著提升了成像速度。光片显微镜问世以来，其在生命科学研究中的应用范围逐渐拓宽，从胚胎学、神经科学到肿瘤研究等多个领域均有所涉及，不仅可用于观察细胞和组织的基本结构，还可用于实时监测生物过程中的动态变化。同时，其跨尺度的特点使其适用于从宏观到微观的多个尺度上的观察。本文综述了光片显微镜在高通量成像、超分辨成像以及易用性方面的应用及发展，旨在为生命科学研究人员提供全面的了解和参考，推动光片显微镜在更多领域的应用和发展。
荧光显微成像 光片荧光显微镜 高通量成像 超分辨成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618019
1 大理大学公共卫生学院, 大理大学预防医学研究所, 云南省滇西抗病原植物资源筛选研究重点实验室, 云南省高校人兽共患病跨境防控与检疫重点实验室, 大理 671000
2 大理州第二人民医院, 大理 671000
对云南省大理市小型哺乳动物携带的戊型肝炎病毒(HEV)进行调查, 用巢式RT-PCR对捕获的小型哺乳动物样品中的病毒进行检测, 用高通量测序对阳性HEV样本进行毒株全基因组测序, 用MEGA-X、BESTv1.10.4 和Geneious软件进行生物信息学分析。本研究筛查了6属7种共114只小型哺乳动物样本, 结果显示: HEV在褐家鼠中的阳性率为8.00%(2/25); 高通量测序获得1株编号为DL147的HEV全基因组, 经系统发生分析确定其为HEV-C1基因型, 与香港1例戊型肝炎患者血清中发现的HEV同源性最高, 核苷酸序列一致性达95.21%, 两株病毒的最早分歧时间约为2003年。研究证实, 云南省大理市褐家鼠存在HEV-C1感染, 其与近期报道的人源新发HEV高度同源, 有较近的系统发生关系, 对戊型肝炎防控有指导作用。
戊型肝炎病毒 人兽共患病 啮齿动物 遗传分析 高通量测序 hepatitis E virus zoonosis rodents genetic analysis high throughput sequencing
中国空间技术研究院西安分院, 陕西西安 710000
介绍了无源互调(PIM)产生的机理和控制方法, 重点研究了高通量卫星多波束天线馈电系统 PIM控制技术, 通过采用馈电系统高隔离度优化设计、馈源单元法兰面扼流槽设计、馈源阵安装板 PIM源控制设计、Ka频段 PIM试验系统低 PIM设计等手段, 将某 Ka频段多波束天线馈电单元的 7阶 PIM性能控制在高低温(-60~+100 ℃)环境下≤-135 dBm, 馈源阵 7阶 PIM性能控制在常温状态下≤-140 dBm。产品的实际应用验证了所述 PIM控制技术的有效性, 在工程问题中起到指导作用。
PIM控制 高通量卫星 Ka频段多波束天线 馈电系统 PIM control high throughput satellite Ka-band multibeam antenna feed chain 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 850
Author Affiliations
Abstract
1 Changchun University of Science and Technology, Changchun, Jilin 130022, P. R. China
2 Jiangsu Key Laboratory of Medical Optics, Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences, Suzhou, Jiangsu 215163, P. R. China
The zebrafish embryos were widely employed in genetics, development and drug discovery studies as miniatured animal models. Sorting of two-color fluorescent embryos is often required in large-scale experiments but it is challenging to manually sort with high efficiency. Here, we reported a high-throughput sorting system for two-color fluorescent zebrafish embryos. The embryos can be automatically loaded from a sample pool and sorted based on the average fluorescent intensity. The two-color fluorescent signals were split into two lines and detected by an area array camera. The system achieves the sorting of 100 embryos in less than 10min with an accuracy of greater than 95%.
High-throughput zebrafish embryo two-color sorting automatic Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(5): 2350003
Author Affiliations
Abstract
We propose a high-accuracy artifacts-free single-frame digital holographic phase demodulation scheme for relatively low-carrier frequency holograms—deep learning assisted variational Hilbert quantitative phase imaging (DL-VHQPI). The method, incorporating a conventional deep neural network into a complete physical model utilizing the idea of residual compensation, reliably and robustly recovers the quantitative phase information of the test objects. It can significantly alleviate spectrum-overlapping-caused phase artifacts under the slightly off-axis digital holographic system. Compared to the conventional end-to-end networks (without a physical model), the proposed method can reduce the dataset size dramatically while maintaining the imaging quality and model generalization. The DL-VHQPI is quantitatively studied by numerical simulation. The live-cell experiment is designed to demonstrate the method's practicality in biological research. The proposed idea of the deep learning-assisted physical model might be extended to diverse computational imaging techniques.
quantitative phase imaging digital holography deep learning high-throughput imaging Opto-Electronic Science
2023, 2(4): 220023
1 河北工业职业技术大学，石家庄16204，中国
2 Technical University of Denmark，Copenhagen 1599，Denmark
3 中国地质大学(北京)材料科学与工程学院，矿物材料国家专业实验室，非金属矿物与固废资源材料化利用北京市重点实验室，地质碳储与资源低碳利用教育部工程研究中心，北京100083，中国
密度泛函理论是一种基于量子力学原理的电子结构计算方法，已经成为材料科学和化学领域中重要的计算工具之一。在荧光材料研究中，密度泛函理论计算可以确定晶体结构，计算材料的的能带结构、态密度等信息来帮助研究人员理解荧光材料的本质和特性，为材料的设计和优化提供依据，同时基于密度泛函理论计算的高通量计算可以快速评估大量材料的性质，加快新材料的开发过程，降低研究成本。本文介绍了密度泛函理论计算在荧光材料研究中的应用，并探讨了其未来发展前景。
密度泛函理论 荧光材料 高通量计算 density functional theory fluorescent materials high throughput calculations
1 中国科学院物理研究所, 北京 100190
2 松山湖材料实验室, 东莞 523808
超导薄膜不仅在超导应用方面扮演着举足轻重的角色, 而且是超导机理研究的良好载体, 是连接超导应用和机理的桥梁。脉冲激光沉积(PLD)是最常用的超导薄膜制备技术之一。本文综述了PLD技术制备铜氧化物、铁基、氮化物、钛氧化物等超导薄膜的研究进展, 并介绍了与高温超导薄膜应用相关的两种PLD新技术: 超导带材和大面积薄膜制备。最后, 本文介绍了基于材料基因工程的高通量组合薄膜技术在高温超导研究上的典型成功案例。继续发展和使用该实验技术, 构建与高温超导相关的高维相图和定量规律, 有望实现机理研究实验上从量变到质变的全面突破。
超导薄膜 脉冲激光沉积 超导机理 超导应用 高温超导 高通量组合薄膜 superconducting film pulsed laser deposition mechanism of superconductivity application of superconductor high-Tc superconductor high-throughput combinatorial film
1 浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
2 之江实验室，浙江 杭州 311121
双光子直写技术凭借其高精度、任意三维结构刻写、高成本效益、材料设计高自由度等特点，已被成功应用到多种微纳光学器件的刻写中。基于双光子直写的微纳光学器件应用不断拓展，对刻写分辨率和通量都提出了更高的需求。超分辨激光纳米直写和高通量激光直写技术使得双光子直写具有nm级精度与cm级尺寸的跨尺度加工能力，进一步拓展了基于双光子直写的微纳光学器件研究领域。本文首先对双光子直写原理进行概述，介绍本课题组在利用双光子直写技术制造衍射光学器件、光纤集成器件方面的研究进展；然后，介绍本课题组在使用超分辨激光直写技术制备纳米光子器件方面的拓展研究，并展示了高精度、高通量激光直写技术在大面积刻写微纳光学器件上的技术优势。
激光直写 双光子直写 微纳光学器件 纳米光刻 高通量刻写 光学学报
2023, 43(16): 1623013
