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使用光片扫描荧光显微镜进行光子高效体积成像

2022-12-12 17:27| 发布者: 光执事| 查看: 502| 评论: 0

摘要: 新方法利用图像扫描超分辨率提高光片显微镜中的光子效率当扫描光片与滚动快门同步时,像素重新分配有助于实现光子高效体积成像。图片来源:Liang Qiao(南方科技大学)。 在生物成像中,研究人员的目标是实现 3D、高 ...

  新方法利用图像扫描超分辨率提高光片显微镜中的光子效率


当扫描光片与滚动快门同步时,像素重新分配有助于实现光子高效体积成像。图片来源:Liang Qiao(南方科技大学)。


  在生物成像中,研究人员的目标是实现 3D、高速和高分辨率,同时具有低光漂白和光毒性。光片荧光显微镜 (LSFM) 有助于实现这一目标。基于独特的激发和检测方案,LSFM 可以对具有高时空分辨率和低光漂白的活体标本进行成像。它已显示出生物样本 3D 成像的巨大潜力。


       LSFM 技术的原理是用薄光片照射样品,然后沿垂直于光片透射的轴收集发射的荧光。因此,只有靠近焦平面的荧光团才会被激发和检测到。使用更薄的光片可以提高轴向分辨率,而更长的光片可以提高视野 (FoV) 和成像速度。需要权衡,因为很难生成薄而均匀的光片。


  可以平铺多个光片以生成具有更高纵横比的虚拟光片。然而,多光束也会引入旁瓣,从而降低轴向分辨率和光学切片。轴向扫描光片显微镜 (ASLM) 使用狭缝来抑制旁瓣。它使用 sCMOS 的滚动快门,自然充当狭缝,以同步光束扫描。ASLM 可以以最佳轴向分辨率对任意大的 FoV 进行成像。然而,卷帘外的荧光信号将被拒绝,因此更大的 FoV 是以更低的光子效率为代价的。


       UTS-SUSTech 生物医学材料器件联合研究中心的一个研究团队最近开发了一种扩大 FoV 的光子有效方法。正如Advanced Photonics Nexus报道的那样,该团队采用了超分辨率成像技术图像扫描显微镜 (ISM) 来开发 ISM 增强型横向扫描光片显微镜 (iLSLM)。在 iLSLM 中,首先通过轴向扫描聚焦光束生成光针当捕获光针的图像时,应用像素分配以生成虚拟的更薄的光片。之后,光针被横向扫描以形成完整的光片。与狭缝不同,像素分配在不牺牲光子效率的情况下提高了光学切片和轴向分辨率。


(a) ASLM 中,首先横向扫描聚焦的高斯光束,生成垂直于光束传播方向的光片。之后,高斯光束的焦点与相机的滚动快门同步轴向扫描。(b) LSLM 中,高斯光束首先被轴向扫描,沿着光束传播的方向形成一个光针。然后,光束与相机同步横向扫描。同时,应用像素重新分配来实现ISM 增强横向扫描光片显微镜 (iLSLM)(c,d) 第一次扫描 ASLM LSLM 后,模拟光片的横截面视图,在 YZ 平面中具有 100 μm 的裁剪 Y-FoV。突出显示的区域显示滚动快门的示例,ASLM 的宽度约为 86.0 μmLSLM 的宽度约为 3.6 μm。比例尺:10 微米。(e) 在荧光珠实验成像中光子效率达到 80% ASLM iLSLM Z 剖面。(f) 光子效率与 ASLM iLSLM 的轴向 FWHM 之间的关系。图片来源:QiaoLiZhong 等人,doi 10.1117/1.APN.2.1.016001


  研究人员发现,iLSLM ASLM 在轴向分辨率和光学切片方面都比传统的扫描聚焦光片 (SFLM) 好得多,并且当需要 >55% 的光子效率时,iLSLM 优于 ASLM。然而,iLSLM 目前的工作是基于数字像素重新分配,这大大降低了成像速度。未来,研究人员将探索光学像素重新分配,以实现与 ASLM 相同的成像速度。同时,iLSLM 将适用于光漂白问题严重或标本易受光毒性影响的应用。


阅读 L. QiaoH. LiS. Zhong 等人撰写的 Gold Open Access 文章,Laterally swept light-sheet microscopy enhanced by pixel reassignment for photon-efficient volumetric imaging,” Adv. Photon. Nexus 2(1), 016001 (2022), doi 10.1117/1.APN.2.1.0160001.


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