sim显微镜照明结构光场优化与系统点扩散函数表征

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5、ersityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofScienceEngineeringChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,UniversityofChineseAcademyofSciences,ChinaOct,2015摘要SIM显微镜照明结构光场优化与系统点扩散函数表征鹿伟民(机械电子工程)导师：熊

6、大曦摘要荧光显微镜具有可特异性标记、对活体细胞实时动态成像等优势，在细胞生物学研究中获得广泛的应用。然而，由于衍射极限的存在，传统荧光显微镜的分辨率受到限制。这严重阻碍了传统荧光显微镜在亚细胞水平研究中的进一步应用。为了突破衍射极限的限制，近年来，研究人员提出了一系列超分辨荧光显微技术。尽管如此，长时间活细胞成像对这些方法仍然存在着较大的挑战。结构光照明超分辨荧光显微成像技术(StructuredIlluminationMicroscopy，SIM)是根据莫尔效应提出的一种技术。其原理为：利用空

7、间有结构的光束来激发荧光，激发图形和荧光团密度的混合频率，将样品中通常不可见的高频信息携带到显微镜的可见低通频带；通过改变图案的方向和相位，记录荧光结果并对得到的多个图像数据集进行适当的处理，提取携带的高频信息并重建出超分辨率图像。SIM横向分辨率理论上可以达到传统荧光显微镜的两倍，且其成像速度快，对荧光标记没有特殊要求。这些特点使得SIM在细胞生理学、细胞动力学等亚细胞水平的生命科学研究中有更广阔的应用前景。本文基于LED光源和可编程数字微镜阵列(DigitalMicro-mirrorDevi

8、ce,DMD)，设计和搭建了结构光照明超分辨荧光显微镜。利用设计的结构光生成模块与奥林巴斯X73显微镜结合做成了SIM超分辨成像系统,并设计了SIM超分辨重构算法。对使用LED、DMD和物镜结合产生余弦结构光进行了理论分析以及仿真实验。通过理论分析、仿真以及实验，提出了使用荧光微球精确测量系统分辨率的新算法。使用自搭建显微镜(40倍、数值孔径0.75的物镜)对细I摘要胞肌动蛋白丝(激发/发射波长：650nm/668nm)成像，测量得到SIM系统分辨率为307nm，传统宽场荧光显微镜系统分辨率为5