光子学报
2023, 52(11): 1110004
1 教育部物质非平衡合成与调控重点实验室,陕西 西安 710049
2 西安交通大学物理学院,陕西 西安 710049
激光扫描显微镜通过扫描高度汇聚的激光焦点可以获得样品的三维图像,而激光扫描显微镜时间分辨率低、光毒性大的缺点限制了其在活体快速三维成像等领域中的应用。近年来具有三维成像能力的宽场显微镜技术逐渐成为三维成像领域的研究热点。聚焦形貌恢复技术、结构光照明显微技术以及深度学习辅助三维成像是三种基于宽场成像的快速三维成像技术,通过硬件提升和软件辅助的方式,提高了宽场显微镜的三维成像能力。分别介绍了它们的原理、优缺点、最新的研究进展与应用,最后对宽场三维显微技术的未来发展进行了总结与展望。
生物光学 宽场显微镜 三维成像 聚焦形貌恢复 结构光照明显微镜 深度学习
1 北京大学 未来技术学院 分子医学研究所, 北大-清华生命科学联合中心, 膜生物学国家重点实验室, 心脏代谢分子医学北京市重点实验室, 北京 100871
2 华南师范大学生物光子学院, 激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
3 北京大学IDG麦戈文脑科学研究所, 北京 100871
4 北京人工智能研究院, 北京 100871
5 国家生物医学成像科学中心, 北京 100871
作为现代超分辨成像技术的早期组成部分,结构照明显微镜(SIM)已经发展了近20年。其近期在活细胞中实现了高达60 nm和564 Hz的最佳时空分辨率组合,但也存在一些源于内在重建过程的缺点。本文综述了SIM技术的最新进展,包括超分辨率(SR)重建算法、性能评估及SIM与其他成像技术的集成,以便为生物学家提供实用指导。
结构光照明显微镜 超分辨率成像 structured illumination microscopy super-resolution imaging
1 西安交通大学物理学院, 陕西 西安 710049
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 中国科学院大学, 北京 100049
光学显微成像技术无论是在临床诊疗还是在基础科学研究上都发挥着重要的作用。伴随着新型荧光探针、光学控制、探测器件的不断发展,超分辨光学显微技术突破了传统光学衍射极限的限制,为现代生物医学研究提供了新的工具。在超分辨显微成像技术中,结构光照明显微镜(SIM)通过空间编码的结构光照明样品,将样品部分超出衍射极限的高频信息调制到低频中,从而通过光学系统实现超分辨成像。SIM具有成像速度快,光漂白和光毒性弱以及对荧光染料的非特异性需求等优点,被广泛应用于活细胞超分辨光学显微成像。本文回顾了SIM技术的重要原理与技术进步,重点介绍了SIM硬件设计与图像重构算法中关键的实验要点与技术难点,列举了现阶段SIM在生物成像中的部分应用,探讨了SIM未来的发展方向。期望本文能为SIM的设计和使用者提供一定的指导。
显微 荧光显微镜 超分辨显微镜 结构光照明显微镜 硬件设计方法 图像重建算法 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 240001
1 中国科学院 深圳先进技术研究院, 生物医学光学与分子影像研究室, 广东 深圳 518055
2 睿芯生命科技(深圳)有限公司, 广东 深圳 518067
结构光照明显微镜(Structured Illumination Microscopy,SIM)通过结构化照明在频率域以空间混频的方式将物体高频信息载入光学系统的探测通带内实现突破衍射极限的超分辨光学显微成像。SIM凭借其较低的激发光强、对荧光染料的非特异性需求以及快速的宽场成像优势已成为活细胞超分辨光学显微成像方面应用最多的技术。本文系统回顾了SIM的技术进展, 对SIM的基本原理与实现方法进了详细的分析, 重点介绍了本课题组研发的基于光谱分辨的单光子激发超分辨显微镜和结合自适应光学的双光子激发超分辨显微镜这两种最新的SIM技术, 最后简要讨论了SIM技术在生物成像中的应用及未来发展方向。
超分辨成像 结构光照明显微镜 光学传递函数 super-resolution imaging structured illumination microscopy optical transfer function
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 光电显示技术研究所, 浙江 杭州 310027
基于可逆饱和光转移过程的荧光超分辨显微技术,从原理上打破了原有的光学远场衍射极限对光学系统极限分辨率的限制,在生物、化学、医学等多个学科拥有广泛的应用前景。回顾了近年来超分辨显微研究的历史,综述了目前常见的几种基于可逆饱和光转移过程的荧光超分辨显微方法,详细描述了各自的技术特点并对比了其优缺点,阐述了相关领域内最新的研究工作进展。
显微 超分辨 可逆饱和光转移过程 受激发射损耗显微镜 基态损耗显微镜 饱和图案激发显微镜 饱和结构光照明显微镜 激光与光电子学进展
2012, 49(3): 030005