基于贝塞尔光片照明的三维超分辨显微方法和实验研究

论文摘要

超分辨显微技术是观察亚细胞结构与动态过程的重要工具,但目前大多数超分辨技术仍限制于单细胞尺度的样品,活体组织的三维超分辨还存在一些挑战。本文通过结合光片技术与超分辨显微技术,实现活体组织的三维超分辨观察,扩展超分辨技术的应用范围,为活体样本的原位亚细胞水平研究提供支持。文章的内容及主要工作如下:改进了贝叶斯超分辨显微技术（Bayesian analysis of Blinking and Bleaching,3B）,首先将3B算法拓展到三维,继而将超分辨径向涨落算法（Super Resolution Radial Fluctuation,SRRF）与3B超分辨算法结合,在此称之为超分辨径向引导的三维贝叶斯算法（Super resolution Radial fluctuation guided Three-dimensional Bayesian microscopy,SRTB）,加速3B算法的收敛,提高其数据处理的速度近百倍。搭建了用于组织样品照明的贝塞尔光片显微镜,形成的1μm光片,照明范围覆盖650μm.利用贝塞尔光片照明,可以减少对样本的光漂白和光损伤,也为超分辨算法提供高分辨率和信噪比的原始图像。由于贝塞尔光束照明是间断照明,本文对贝塞尔光片照明模式下的荧光分子的闪烁情况进行了探究。结论表明非连续照明模式下,用1kw/cm2及以上的光功率密度能引起明显的荧光分子的闪烁。利用搭建的贝塞尔光片显微镜结合改进的超分辨径向涨落引导的三维贝叶斯算法,我们首先观察了贴壁细胞的微管骨架,证明了本文提出算法的正确性和有效性;继而测试了本文算法能取得的极限分辨率在横向约为70nm,纵向约为170nm。最后,我们用本文提出的方法对活体果蝇中部分动态神经元的细胞核膜进行了三维成像并进行超分辨重构,解析了其精细结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 超分辨显微技术的研究现状
•   1.2 三维大组织超分辨的需求及问题
•   1.3 本文主要工作
•   1.4 本章小结
• 2 用于密集信号的超分辨算法
•   2.1 密集信号的超分辨算法
•   2.2 贝叶斯超分辨算法
•   2.3 超分辨径向涨落算法
•   2.4 本章小结
• 3 光片照明技术
•   3.1 光片照明显微镜
•   3.2 贝塞尔光片
•   3.3 本章小结
• 4 基于贝塞尔光片照明的三维超分辨成像系统
•   4.1 贝塞尔光片照明显微镜
•   4.2 基于超分辨径向涨落引导的贝叶斯三维超分辨算法
•   4.3 本章小结
• 5 系统性能测试及其在活体超分辨成像中的应用
•   5.1 系统测试和表征
•   5.2 系统在活体组织超分辨中的应用
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈蓉

导师: 费鹏

关键词: 超分辨,三维成像,光片照明,贝塞尔光束,贝叶斯分析

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,计算机软件及计算机应用

单位: 华中科技大学

分类号: TP391.41;Q2-33

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.001077

总页数: 61

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