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基于稀疏約束的幻影成像單幅廣角鏡

發布:laserpulse    |    2019-12-25 17:43    閱讀:554
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基于定位的單分子廣域納米顯微鏡通常受時間分辨率低的困擾,因為單個分子的高精度定位需要低熒光團的發射體密度。另外,為了重建超分辨率圖像,即使應用了高級算法(例如壓縮感測和深度學習),也需要成百上千個圖像幀。這些因素限制了納米技術在活細胞成像中的應用。在這項研究中,研究人員開發了一種基于稀疏約束(GISC)的幻影成像的單幀、寬視野納米顯微鏡系統,其中在寬視野顯微鏡中應用了空間隨機相位調制器,以實現對熒光信號的隨機測量。通過使用壓縮感測重建一個原始圖像,該方法可以有效地利用熒光發射器的稀疏性將成像分辨率提高到80 nm。實現了143μm?2的超高發射極密度,同時將單分子定位的精度保持在25 nm以下。實驗表明,與以前基于單分子定位的超分辨率成像方法相比,通過采用高密度的光開關熒光團,GISC納米顯微鏡可以將采樣幀的數量減少一個數量級。因此,GISC納米顯微鏡可以提高用于研究活細胞和微觀動態過程的超分辨率成像的時間分辨率。

圖1.實驗裝置和成像過程示意圖。(a)實驗設置:在常規倒置顯微鏡中,在sCMOS之前設置具有低放大倍率(10x)的隨機相位調制器,以形成熒光信號的斑點圖案。熒光圖像被直接記錄。RPM,隨機相位調制器;L,鏡頭;I,虹膜;M,鏡子;DM,二向色鏡; EX,勵磁過濾器; EM,排放過濾器; PBS,偏振分束器; OL,物鏡;和NP,納米定位階段。(b)校準和成像過程:在校準過程中,將從樣品平面的每個位置生成的所有斑點圖案記錄為隨機測量矩陣。在成像過程中從實際成像樣本中獲得一個斑點圖像,然后可以通過壓縮感測重建超分辨率圖像。

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