时间分辨粒子成像测速系统

多尺度粒子图像测速系统那家最好

日本原子能研究开发机构福岛研究开发部门福岛研究开发基地废堆环境国际共同研究中心远程技术部的森下祐树研究员8月3日宣布，与东北大学未来科学技术共同研究中心的黑泽俊介副教授和山路晃广助教以及三菱电机公司合作，共同开发出了可在现场实时测量释放α射线粒子尺寸的超高位置分辨率 “α射线成像检测器”。该检测器的原型是医疗领域推进开发的α射线成像检测器。通过将其应用于钚样本，证实能以16微米的位置分辨率逐一检测出α射线。该仪器将为提高福岛第一核电站和核燃料设施等的安全性做出贡献

[url=http://www.f-lab.cn/microscopes-system/storm.html][b]实时超分辨率显微成像系统[/b][/url]突破了光学显微镜的半波长分辨率极限,提供了比宽视场,共聚焦显微镜更好分辨率。实时超分辨率显微成像系统采用尼康或奥林巴斯显微镜，Chroma 滤波片,Andor公司EMCCD相机以及独特的照明系统，为客户提供全球同步的超分辨率成像系统。[img=实时超分辨率显微成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/storm-2.JPG[/img][b]实时超分辨率显微成像系统特点[/b]横向分辨率可达20nm,轴向分辨率可达40nm实时和线下图像重建GPU加速处理图像先进的自动聚焦硬件高分辨率X-Y-Z工作台灵活的配置[img=实时超分辨率显微成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/storm-1.JPG[/img]实时超分辨率显微成像系统：[url]http://www.f-lab.cn/microscopes-system/storm.html[/url]

共焦显微镜因其高分辨率和能三维立体成像的优点被广泛应用在生物、医疗、半导体等方面。文章首先分析了影响共焦显微镜分辨率的因素，主要有光源、探测器孔径和杂散光等；并结合这些因素介绍了双光子共焦碌微镜、彩色共焦显微镜、荧光共焦显微镜、光纤共焦显微镜；然后从提高系统成像速度的方面介绍了波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜；最后分析了共焦显微镜的发展趋势。一、引言随着人们对于生物医学的研究，传统的光学显微镜已经无法满足研究的需要，人们需要可以实现三维成像的显微镜。1957年Marvin Minsky提出了共焦扫描显微镜的原理。1969年，耶鲁大学的Paul Davidovits和M．David Egger设计了第一台共焦显微镜，1987年第一台商业化共焦显微镜的问世，真正实现了三维立体成像。与普通光学显微镜相比，共焦显微镜具有极其明显的优点：能对物体的不同层面进行逐层扫描，从而获得大量的物体断层图像；可以利用计算机进行图像处理；具有较高的横向分辨率和纵向分辨率；对于透明和半透明物体，可以得到其内部的结构图像；还可以对活体细胞进行观察，获取活细胞内的信息，并对获得的信息进行定量分析。自共焦显微原理被提出以来，引起了研究者的广泛关注，提高显微系统的分辨率和改善系统的性能是研究者开发新型显微镜时考虑的主要因素。近几十年，国内外学者通过对共焦显微成像系统的三维点扩散函数、光学传递函数等方面的分析，得出影响显微系统分辨率的因素，主要包括系统的激励光源、探测器孔径、杂散光等。此外，共焦显微镜的成像速度也是决定系统性能的一个重要因素，专家们也一直在进行提高系统成像速度的研究。本文主要从提高显微系统分辨率和系统成像速度这两个方面来介绍共焦显微镜的发展情况。二、共焦扫描显微镜分辨率的提高光源、探测器孔径和杂散光等是影响共焦显微镜分辨率的几个主要因素，因此可以通过改善这些方面来提高显微系统的分辨率。1.光源显微镜的成像性质在很大程度上取决于所采用光源的相干性，有关研究表明，光源相干性好的系统其分辨率要比相干性差的系统要好，并且照明光源对分辨率的改变范围达到了26.4%。因此，选取适合的照明光源对提高显微系统的分辨率有很大帮助。常规的共焦扫描显微镜主要使用普通单色激光作为光源，随着技术的进步，目前已经出现了使用飞秒激光、超白激光、高斯光束作为光源的共焦显微镜，以提高系统性能，获得更高的分辨率。①飞秒激光为光源的双先子扫描共焦显微镜双光子扫描共焦显微镜通常使用近红外的飞秒激光作为激发光源，由于红外光具有较强的穿透性，它能探测到生物样品表面下更深层的荧光图像，并且生物组织对红外光吸收少，随着探测深度的增加衰减会变小，另一方面红外光的衍射低，光束的形状保持性好。2005年，Wild等人利用双光子扫描共焦显微技术实时观察和定量分析了PAHs在植物叶片表面和内部的光降解过程。后来又进一步研究了菲从空气到叶片的迁移过程、菲在叶片内部的运动及其分布情况等，该技术可观测PAHs在叶片内部的最大深度约为200μm。②白激光( supercontinuum laser）为光源的彩色共焦显微镜彩色共焦显微镜是利用光学系统的彩色像差，光源的不同光谱成分会聚焦到样品的不同深度，通过分析由样品反射的光谱能有效地获得样品的扫描深度。2004年，美国宾夕法尼亚州立大学的Zhiwen Liu课题小组使用光子晶体光纤产生的超连续谱白光作为彩色共焦显微镜的光源，这种超连续谱白光具有大的带宽，能够提高系统的扫描范围，能达到7μm扫描深度。另外超白激光有较高的空间相干性，无斑点噪声，能提高系统的信噪比和扫描速度。③使用高斯光束的荧光共焦显微镜荧光共焦显微镜是通过激光照射样品激发样品发出荧光，再通过探测器接受荧光对样品进行观察的共焦显微镜。华南农业大学的杨初平等人研究了不同光源孔径和束斑尺寸的高斯光束对荧光共焦显微镜分辨率的影响表明：与一定孔径尺寸的平行光束相比，采用高斯光束系统可以获得更好的分辨率。 2. 探测器孔径和杂散光共焦显微镜中探测器孔径能滤除部分杂散光，提高系统的分辨率和信噪比。根据相关文献对共焦扫描显微镜的三维光学传递函数与探测器孔径之间的依赖关系的研究，可以得到探测小孔直径为：d=β*1.22λ/NA，式中，β为物镜的放大率，λ为光的波长，NA为物镜的数值孔径。由该公式确定探测器小孔的直径，一方面满足了共焦扫描系统对探测器小孔直径的要求，从而保证高的横向和纵向分辨率，另一方面，又最大限度地使由试样中发射的荧光能量被探测器接收。为了更进一步提高系统分辨率，许多研究者对共焦显微镜中探测孔径进行了改进，例如使用单模光纤代替普通针孔孔径，还有双D型孔径等。① 使用单模光纤的光纤共焦显微镜在光纤共焦显微镜中用光纤分路器代替传统共焦显微镜中的光束分路器，并以单模光纤来代替光源和探测器的微米尺寸针孔孔径。使用单模光纤的优点在于：首先，在采用寻常针孔制作的共焦显微镜中，光源、针孔、探测器等有可能不在一条直线上从而会引起像差；但是在光纤作为针孔的共焦显微镜中，即使有的部件偏离直线时也不会引入像差。其次，使用单模光纤代替微型针孔，容易清除针孔的污染，而且不易受污染。第三，在使用光纤的系统中，可以自由移动显微镜部分而不必挪动探测器。2006年德克萨斯大学使用光纤共焦显微镜进行口腔病变检测，测得的系统横向和轴向分辨率分别为2. 1µm和10µm，成像速度为15帧／s，可观测范围为200µm×200µm。② 具有D型孔径的共焦显微镜近几年，具有对称D型光瞳的共焦显微成像技术引起广泛的关注，图1所示是该系统示意图。2006年美国东北大学的Peter J．Dwyer等人使用这种共焦显微镜进行了人体皮肤内部成像的实验，测得横向分辨率为1.7士0.1µm。2009年新加坡国立大学的Wei Gong等人采用傍轴近似方法理论分析了在共焦显微镜中使用双D型孔径对轴向分辨率的影响。分析表明在图1中的d值给定时，进入瞳孔的光信号强度l会随着探测器尺寸的增加而增加；但是在探测器尺寸给定时，光信号强度I会随着d的增加而单调递减。在使用有限大小的探测器时，改变d的大小，轴向分辨率可以得到改善。 http://www.biomart.cn//upload/userfiles/image/2011/11/1321512815.png 图1 双D型孔径共焦成像系统示意图在共焦成像光学系统中，到达像面的杂散光会在像面上产生附加的强度分布，从而进一步降低了像面的对比度，限制了系统分辨率的提高，因此在显微系统设计时，杂散光的影响也是不容忽视的。一般除了使用探测小孔来抑制杂散光，其他的一些设备例如可变瞳滤波器等对杂散光也有很好的过滤作用。最近以色列魏茨曼科学研究所的O.sipSchwartz and Dan Oron等人提出在系统中使用可变瞳滤波器，这个滤波器能够使多光子荧光共焦显微镜达到分辨率阿贝极限的非线性模拟，从而改善系统的分辨率。三、共焦扫描显微成像速度的提高共焦显微镜快速的成像速度为研究者观察生物细胞中快速动态反应提供了良好的条件。在共焦扫描显微成像系统中，传统的方法是通过改善扫描探测技术来提高成像速度。现有的扫描探测技术主要有Nipkow转盘法、狭缝共焦检测法、多光束的微光学器件检测法。这些方法可以改善扫描速度，但是与系统分辨率，视场之间都存在矛盾，因此又诞生了两种提高成像速度的新型显微镜：波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜。

实验流场评估——数字粒子图像测速仪(DPIV)使用数字粒子图像测速仪(DPIV)，可以分析装置附近的脉动流条件，以确定心血管装置是否符合监管标准。疾病的触发因素(如剪切应力和停滞区域)可以高度精确地量化。先进的方法，包括适当的正交分解，也捕捉感兴趣的隐式流体力学现象。检查法ViVitro实验室测试为2D提供了关于设备周围流动的定量和定性的高速信息。定性输出包括基于颗粒条纹的流动评估，评估和描述任何流动分离、流动停滞、涡流形成、喷射性质、回流和其他流体机械现象的发生。定量输出包括心动周期不同阶段的速度、剪切应力和粒子停留时间。在心脏瓣膜手术期间，停滞流动可能导致潜在的血凝块形成。装置附近的高流速可能导致潜在的溶血和血小板活化。测量参数速度剪切应力(粘性剪切应力、雷诺剪切应力)停滞地区定性分析:湍流区域，流动分离，涡流形成，喷流计算的粒子停留时间(如果需要)范围经导管瓣膜；TMVR TAVI生物、聚合物、机械瓣膜:刚性或柔性静脉瓣膜和导管瓣膜导管腔静脉过滤器辅助心室装置任何植入流动模型中装置服务水平标准服务全方位服务适用标准ISO 5840-2:2021心血管植入物心脏瓣膜假体第2部分:外科植入的心脏瓣膜替代物ISO 5840-3:2021心血管植入物心脏瓣膜假体第3部分:心脏瓣膜[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304301015561812_3608_1602049_3.png[/img]

《自然》审稿人：“该领域迄今质量最高的顶级工作”2013年06月06日 来源： 科技日报 作者： 吴长锋 最新发现与创新 http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130606/011370453619890_change_hzp3622_b.jpg 在绿色入射激光的激发下，处于STM纳腔中的卟啉分子受到高度局域且增强的等离激元光的强烈影响，使得分子的振动指纹信息可以通过拉曼散射光进行高分辨成像。 科技日报合肥6月5日电 （记者吴长锋）记者从中国科学技术大学了解到，该校的科学家们在国际上首次实现亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像，将具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到前所未有的0.5纳米。国际权威学术期刊《自然》杂志于6月6日在线发表了这项成果。世界著名纳米光子学专家Atkin教授和Raschke教授在同期杂志的《新闻与观点》栏目以《光学光谱探测挺进分子内部》为题撰文评述了这一研究成果。《自然》三位审稿人盛赞这项工作“打破了所有的纪录，是该领域创建以来的最大进展”，“是该领域迄今质量最高的顶级工作，开辟了该领域的一片新天地”，“是一项设计精妙的实验观测与理论模拟相结合的意义重大的工作”。 这一成果是由该校微尺度物质科学国家实验室侯建国院士领衔的单分子科学团队董振超研究小组完成的，博士生张瑞、张尧为论文共同第一作者。 光的频率在散射后会发生变化，而频率的变化情况取决于散射物质的特性，这是物理学上获得诺贝尔奖的著名的“拉曼散射”。“拉曼散射光中包含了丰富的分子振动结构的信息，不同分子的拉曼光谱的谱形特征各不相同，因此，正如通过人的指纹可以识别人的身份一样，拉曼光谱的谱形也就成为科技工作者识别不同分子的‘指纹’光谱。”论文通讯作者之一的董振超教授介绍说，拉曼光谱已经成为物理、化学、材料、生物等领域研究分子结构的重要手段。 上世纪70年代以来，随着表面增强拉曼散射技术，特别是针尖增强拉曼散射（TERS）技术的发展，光谱探测的灵敏度以及拉曼成像的分辨率都有了极大提高。“迄今，科学家们已将TERS测量的最佳空间成像分辨率发展到几个纳米的水平，但这显然还不适合于对单个分子进行化学识别成像。”董振超说。 微尺度实验室单分子科学团队多年来一直致力于自主研制科研装备，发展了将高分辨扫描隧道显微技术与高灵敏光学检测技术融为一体的联用系统。他们利用针尖与衬底之间形成的纳腔等离激元“天线”的宽频、局域与增强特性，通过与入射光激发和分子拉曼光子发射发生双重共振的频谱匹配调控，实现了亚纳米分辨的单个卟啉分子的拉曼光谱成像，使化学识别的分辨率达到前所未有的0.5纳米，可识别分子内部的结构和分子在表面上的吸附构型。 “可以说，在任何需要在分子尺度上对材料的成分和结构进行识别的领域，该项研究成果都有很大的用途。”董振超说，这项研究对了解微观世界，特别是微观催化反应机制、分子纳米器件的微观构造和包括DNA测序在内的高分辨生物分子成像，具有极其重要的科学意义和实用价值，也为研究单分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。 《科技日报》（2013-06-06 二版）

一般在生活中肾脏是药物排泄的主要器官。但是药物排泄过程的正常与否关系到药效强度、药效维持时间以及毒副作用。所以，这是我们必须要借助一些科学例如高分辨质谱技术来助力药物。近年来，高分辨质谱成像技术的诞生为定位药物组织分布研究提供了全新的技术和思路。质谱成像是以质谱技术为基础的可视化方法，通过质谱离子源直接扫描生物样本，可以在一张组织切片上同时分析数百种分子的空间分布特征，已成为精确解析药物分子及其代谢产物组织空间分布的关键技术之一，应用于药物ADME的研究。本文将主要介绍TransMIT AP-SMALDI 10高分辨率质谱成像系统如何一步步揭秘伊马替尼在小鼠肾脏组织中的空间分布特征。TransMIT AP-SMALDI 10质谱成像系统是目前少有的集高空间分辨率和高质量精度于一体的质谱成像系统。该系统采用常压基质辅助激光解吸电离技术，通过先进的准直光束聚焦实现了5μm的成像分辨率；质谱端搭载Thermo Scientific? Q Exactive?系列质谱仪，保证了离子分析的高质量分辨率和高质量精度。研究首先采用35μm中等空间分辨率分析了内源性物质和伊马替尼在小鼠肾脏组织中的空间分布特征。MALDI质谱成像能够准确的可视化肾脏组织中磷脂分子的组织分布特征：其中PC(32:0)（绿色）、PC(40:6)（蓝色）、PC(38:5)（红色）分别特异性分布于肾皮质、外髓质外带和外髓质内带。由此可见，质谱成像技术突破了传统H&E染色只能提供组织形态和变化特征的局限性。重要的是，在无需荧光探针或放射性同位素标记的情况下，质谱成像实现了伊马替尼的组织空间定位。根据质谱成像的检测结果，常容易判断出伊马替尼主要分布在小鼠肾脏的外髓质外带。为了获得更为精确的空间分布特征，随后采用10μm高空间分辨率对肾外髓质外带的局部组织进行了深度分析。高空间分辨率MALDI质谱成像为我们呈现了更为准确清晰的内源性物质和药物空间分布特征。研究结果发现，伊马替尼的空间分布和直小血管之间存在着紧密联系。此外，如图2D所示，由于原位分析不可避免的引入多种干扰因素，如果质谱成像设备的质量分辨率较低，图2D中两个相邻的质谱峰则无法区分，导致成像结果不准确。因此，高质量精度和分辨率是保证质谱成像结果准确可靠的必要条件。综上所述，研究成功的揭示了伊马替尼在重要排泄器官肾脏中的组织分布特征，同时也获取了组织中各种内源性化合物的空间分布信息，为研究药物分子的累积和排泄机制提供了可靠的科学依据。TransMIT AP-SMALDI 10质谱成像系统集高空间分辨率、高质量分辨率和高质量精度于一身，不仅成为了药代动力学研究的利器，也应用于肿瘤标志物研究、植物次生代谢物研究、药用植物药效成分研究、微生物和单细胞研究等。未来，期待TransMIT AP-SMALDI 10质谱成像系统为我国药物研发人员和各领域科研工作者带来更多的惊喜，加快研究进程，加速成果转化。

最近才接触电子显微镜，好多东西不是很清楚。TEM成像有三种：散射衬度，衍射衬度，相位衬度。这三种是每个TEM都能用到的，还是只有特定的TEM对应特定的成像机理啊？每个成像机理的分辨率最多能达到多少啊？

STED超分辨成像具有制样便捷、成像快速、能够同时多色观察、可实现Z轴高分辨并进行三维重建等特点，在超分辨成像领域应用广泛。本次微课从样品制备、超分辨成像图像采集的过程以及图像后处理三个方面，详细介绍STED

http://www.cas.cn/ky/kyjz/201207/W020120712608069274506.jpg验收专家现场核查设备情况 7月11日，中国科学院计划财务局组织专家在生物物理研究所对徐涛研究员负责的“光敏定位超高光学分辨率显微镜系统”仪器研制项目进行了现场验收。 验收专家组听取了研制工作报告及经费决算报告、用户报告和技术测试报告，现场核查了设备的运行情况，审核了相关文件档案及财务账目。经过提问与讨论，验收专家组一致认为该项目实现了预期的研制目标，完成了实施方案规定的各项任务，同意通过验收。 2006年9月，美国科学家Eric首次在Science杂志上提出光敏定位显微镜（PALM）的概念，使得光学显微镜能够获得与电子显微镜相匹配的分辨率。PALM的基本原理是将荧光分子附著在目标蛋白上，利用全内反射显微镜（TIRFM）技术和单分子定位技术得到细胞内荧光蛋白纳米级分辨率的精确定位。“光敏定位超高光学分辨率显微镜系统”研制项目总体设计灵活高效，结合了TIRFM、EMCCD成像系统、闭环锁焦系统等技术，提出了新的单分子定位算法，实现了三维防漂移反馈校正、细胞内单分子的三维定位和超精细结构观察，完成了一套具有国际领先水平的超高分辨光学显微成像系统，具有较高的创新性。 目前，该系统已在细胞内单分子（如微管蛋白、离子通道等）成像方面发挥了关键作用。研究人员在Nature Methods、PNAS等杂志上发表了世界领先的研究成果，可应用于细胞生物学的超高分辨荧光成像，具有广泛的应用前景。 该项目研制的仪器符合目前蛋白质科学和系统生物学对创新仪器设备和技术的有关需求，有望产生一定的经济效益。

[url=http://www.f-lab.cn/microscopes-system/picotweezers.html][b]高分辨率光镊系统[/b][/url]采用了德国picotweezers技术的细胞单分子力学捕获系统,是全球领先的超高分辨率激光光镊系统,是进口光镊品牌中具有超低光镊价格Optical Tweezers产品.[b]高分辨率光镊系统[/b]不仅具有光镊功能,还提供微视图像计算能力,非常方便单细胞生物力学分析.[b]高分辨率光镊系统通[/b]常与德国蔡司Axiovert、AxioA1或D1型显微镜配套使用,配备1W或5W的红外光纤激光器,提供激光捕获力高达400pN~2nN范围。高分辨率光镊系统配备压电定位位移台,在XYZ三轴三个方向具有200μm分辨率的扫描能力.[b]高分辨率光镊系统[/b]还具有视频分析功能,至少2.5nm的横向和轴向分辨率，其图像拍摄速率为200帧/秒，X、Y、Z互相成像速度为400赫兹，可对生物大分子进行0.1PN作用力分辨率的实时分析。[img=高分辨率光镊系统]http://www.f-lab.cn/Upload/ionovation-explorer.jpg[/img] [b]高分辨率光镊系统特色[/b]定量分析,在三维方向实现0.1 PN分辨率的生物为微力分析最大光阱捕获力可在1 W光纤激光器下达到400 PN通过光镊实现对捕获对象精度为纳米级别的操控 [b][b]高分辨率光镊系统[/b]应用[/b]单分子与活细胞的操控和分析 弹性模量分析、微流控分析 分子相互作用、纳米孔分析 [color=#666666][color=#000000]高分辨率光镊系统：[url]http://www.f-lab.cn/microscopes-system/picotweezers.html[/url][/color][/color]

作为第一位获美国麦克阿瑟基金会“天才奖”的华人女科学家，庄晓薇教授获得了许多重要成果，尤其是在生物物理显微成像领域，近期庄晓薇教授在《细胞》发表了题为“Breaking the Diffraction Barrier: Super-Resolution Imaging of Cells”，描述了超分辨率细胞成像的最新进展。传统光学显微镜受限于光的波长，对于200nm以下的小东西只能摇头兴叹。虽然电子显微镜可以达到纳米级的分辨率，但通电的结果容易造成样品的破坏，因此能观测的样本也相当有限。分子生物学家虽然可以做到把若干想观察的蛋白质贴上荧光卷标，但这些蛋白质还是经常挤在一块，在显微镜下分不出谁是谁。这几年高分辨率荧光显微镜跨越了一大步，使得研究者可以从纳米级观测细胞突起的伸展，从而宣告200—750纳米大小范围的模糊团块的时代结束了。比如利用光敏定位显微镜：PALM可以用来观察纳米级生物，相较于电子显微镜有更清晰的对比度，如果给不同蛋白接上不同的荧光标记，就能用来进一步研究蛋白质间的相互作用。庄晓薇研究组一直在研究如何用光敏开关探针来实现单分子发光技术。他们希望能用光敏开关将原本重叠在一起的几个分子图像暂时分开，这样就能获得单分子图像，从而提高分辨率。2004年庄晓薇研究组偶然发现某种花青染料具有光控开关，也就是说，通过使用不同颜色的光，可以随意地把它们激活成荧光状态和失活成黑暗状态。自此庄晓薇生开始研究这些光控探针，用它们来短暂地分离个体分子在空间上的重叠影像从而提高分辨率。之后这一研究组在Nature Methods杂志上发表文章，命名了一种随机光学重建显微镜（stochastic optical reconstruction microscopy, STORM）。使用STORM可以以20nm的分辨率看到DNA分子和DNA-蛋白质复合体分子。这一方法基于光子可控开关的荧光探针和质心定位原理，在双激光激发下荧光探针随机发光，通过分子定位和分子位置重叠重构形成超高分辨率的图像，其空间分辨率目前可达20nm。STORM虽然可以提供更高的空间分辨率，但成像时间往往需要几分钟，同时还不能满足活体实时可视的成像的需要，发展空间很大。近期庄晓薇研究组也在Science杂志上发表了他们的3D STORM成像成果，该技术的空间分辨率比以往所有光学3D成像技术的分辨率都要高出10倍。研究人员展示了用3D STORM成像技术拍摄的肾细胞内微管结构图和其它的分子结构图。随后，他们又进一步将该技术发展成了多色3D成像技术（multicolor 3D imaging）。除了庄晓薇研究组之外，另外一个华人研究团队在这方面也获得了杰出成果，来自哈佛大学的谢晓亮教授在单分子光谱检测及其在生命科学中的应用方面也作出了许多贡献，十年前，谢晓亮教授因为发布了CARS显微技术而引发了巨大轰动。这种技术通过一种叫做自发拉曼散射的现象来增强信号。在自发拉曼散射中，样品内的化学键能够改变通过其中的光的波长。更早使用的拉曼散射显微术要求的激光功率很高，而且有时候需要曝光时间长达一天。近期谢晓亮教授研究组将SRS显微技术与核磁共振成像（MRI）技术联合起来，从而能快速灵敏的捕捉活体组织中分子运动，比如血细胞挤压通过血管的过程。这项技术镜头分辨程度达到亚细胞水平，可记录下蛋白、脂肪及细胞内液的情况。由于SRS显微镜可以探测到原子间化学键的共振，因此无需荧光标记。研究人员认为SRS显微镜可以在肿瘤摘除手术方面有所帮助，加快手术进程。传统的样本分析需要花费约20分钟，SRS 显微镜几乎可以做到实时扫描。同多种常用的观察生物分子的技术相比，新型SRS显微技术优势明显：它能采集分析照射生物样本的近30%激光，比传统SRS显微镜高出30倍；并且不需要插入荧光标记，避免了绿色荧光标记蛋白质扰乱生物路径或压住较小生物分子的问题。此外，传统的红外显微镜空间分辨率太低，并需要给样本脱水；自然的拉曼显微镜需要很高的激光能量，整体耗时很长，在活样本中的应用受到限制；相干反斯托克拉曼散射显微镜在拍摄除了脂质以外的大多数分子时对比度不够，而新型SRS显微技术都能突破这些局限。（来源：生物通 万纹）

[b][url=http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/micam02.html]神经元活动高速荧光成像系统[/url][/b][url=http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/micam02.html]micam02[/url]是专业为[b]神经元活动成像[/b]和[b]神经细胞活动成像[/b]而设计的[b]神经元高速成像系统[/b]，具有超高信噪比,能够从[b]膜电压敏感染料[/b]中检测到极为微弱的[b]神经元信号[/b],具有对[b]电压敏感染料信号[/b]高灵敏的[b]高速荧光相机[/b]。神经元活动高速荧光成像系统micam02采用最高信噪比S / N的CCD / CMOS高速相机,它对神经元活动的成像非常有效,广泛用于[b]神经元成像,钙离子成像,膜电压成像,延时成像[/b]和常规高速成像。[img=神经元活动高速荧光成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/micam02-imaging.jpg[/img][b]神经元活动高速荧光成像系统micam02简介[/b]神经元活动高速荧光成像系统micam02采用brainvision公司高灵敏度高速成像系统,具有独特的空间分辨率,灵敏度,暗噪声和读出噪声性能。神经元活动高速荧光成像系统micam02具有采样速度1.7 kHz（micam02 CMOS）75%的量子效率（micam02 HR）,68db动态范围（micam02 CMOS）。这种高性能参数有力保证了钙离子成像和膜电压成像应用。[img=神经元活动高速荧光成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/micam02_neuronal.jpg[/img][b]神经元活动高速荧光成像系统micam02特色[/b]可选CMOS摄像头和CCD摄像机。最大帧速率为1.7千赫。适合神经元活动成像,可检测微弱神经元信号 拍摄速度和空间分辨率动态可调,空间分辨率是40x28 - 376x252像素具有弱光成像模式新的“h-bin模式”功能，减少暗噪声,对于暗或荧光的情况非常有效。可用于双波长同步双摄像机成像系统神经元活动高速荧光成像系统micam02处理器有两个摄像头的端口，并可以作为一个可选的第二相机使用双摄像头系统，使同步记录。双摄像机系统可用于电压敏感染料或钙离子指示剂的比值成像，以及多探头成像。用户友好的软件数据分析软件”bv_ana，“里面有许多有用的功能，还包括获取能力以实验更简单，更流畅，更快。记录数据的快速分析能力使用户可以在不同条件下对单个生物样品进行多次实验。[b]神经元活动高速荧光成像系统micam02应用[/b]通过使用电压敏感染料如二-4-ANEPPS测量膜电位的变化高速钙染料成像FRET成像基于血红蛋白和Flavoprotein的内在成像双相机系统的荧光比率成像高速光强度微小变化的检测无创性脑片组织块传播成像神经元活动高速荧光成像系统[b]：[/b][url]http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/micam02.html[/url]

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分子吸收和光散射的时间分辨谁先谁后?[em31]

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摘要： 过去，研究人员为了确保凝胶结果完美需要进行辛苦的工作：通过不断重复进行保存凝胶，或者凝胶存档(a record of the gel)的工作，在记录他们辛辛苦苦得来的凝胶结果上花费了许多时间和精力。然而今天的我们已经不再需要如此手工化的操作了，我们可以利用许多商品化的凝胶成像系统快速而准确的记录下实验结果，并且可以方便地获得分析和组织实验的数据。而且凝胶成像系统也已经不仅仅是作为一种凝胶记录的手段，普遍应用于蛋白、DNA的凝胶记录中了，更是一种印迹分析，数据获得的方式　　Introduction　　过去，研究人员为了确保凝胶结果完美需要进行辛苦的工作：通过不断重复进行保存凝胶，或者凝胶存档(a record of the gel)的工作，在记录他们辛辛苦苦得来的凝胶结果上花费了许多时间和精力。然而今天的我们已经不再需要如此手工化的操作了，我们可以利用许多商品化的凝胶成像系统快速而准确的记录下实验结果，并且可以方便地获得分析和组织实验的数据。而且凝胶成像系统也已经不仅仅是作为一种凝胶记录的手段，普遍应用于蛋白、DNA的凝胶记录中了，更是一种印迹分析，数据获得的方式。　　不管是什么用途，刚开始的时候凝胶成像系统的组件都是相似的。Alpha Innotech的产品经理Hanh Lee就曾说，“表面上看来，所有的凝胶成像系统看上去和操作起来很相似：它们都有一个相机、一个黑暗的‘围栏’与获取和分析凝胶图片的软件。”但是，更深入的进行了解，你就会发现大部分凝胶成像系统提供了不同的产品特性来满足不同科学研究的需要。　　要挑选一个合适的凝胶成像系统，各人需要根据目前的预算和将来研究需要来决定，市场上有众多的类型和型号可供选择，但是大家要务必记住经常留意最新的产品动向——快速发展的光学技术和成像分析软件也许能实现你以前想都不敢想的方便操作。　　A range of specifications for far-ranging needs　　首先值得一提的当然是分别在在2004年和2006年获得凝胶成像分析系统生命科学产业奖的Bio-Rad公司的产品，Bio-Rad公司提供了各种不同的产品特性满足客户的不同科学研究需要。例如，Bio-Rad公司的ChemiDoc XRS系统就是为高分辨率的化学发光和荧光成像用途设计的。该系统的特点包括：1.3兆的超级冷却CCD照相机、一个紧密不透光的暗室、一个滑行的透射仪、一个的由软件控制变焦、聚焦、光圈、实时成像和动态平场处理的伸缩镜头。该公司还提供另外一种更基础用途的型号Gel Doc XR，主要用于快速高分辨率成像，但没有化学发光成像功能。该系统包含一个暗室、一个1.4兆像素的CCD照相机、UV和白光照明、琥珀色滤光玻片和UV防护罩。Gel Doc XR系统也可以升级为ChemiDoc XRS系统，两种系统都包含了图像获取和分析软件 ——Quantity One。虽然像ChemiDoc XRS等系统的高科技特性对于新用户来说听起来有点不习惯，但是Bio-Rad公司的CCD成像技术产品经理Jill Raymond表示，“Bio-Rad的凝胶成像系统的关键特点就是设计的简易性——几乎能满足所有顾客的需要。”　　Bio-Rad公司还提供两种分辨率更高和灵敏度更好的凝胶成像系统型号：VersaDoc Model 4000和VersaDoc Model 5000。VersaDoc Model 4000系统具备一个3.2兆像素的CCD相机，提供了最佳的分辨率。该系统尤其适用于蛋白组分析，例如可以利用Quantity One 1-D分析软件来估计蛋白样品的分子量和数量，也可以利用PDQuest 2-D分析软件来分析蛋白表达产物的差异。　　VersaDoc Model 5000系统则运用了高级的量子效应、蓝光增强的CCD相机，该相机通过过冷光源(supercooled)来优化低亮度情况下的图片成像。通过Quantity One 1-D分析软件就能轻松估计样品的丰度差异。　　知名的Alpha Innotech公司在科学研究和预算要求方面也提供了广泛的，可供选择的产品，　　比如目前相对新型和高端的产品——FluorChem SP，这是一种可以用于化学发光、荧光、和可见光应用的产品。　　Alpha Innotech公司宣称通过FluorChem SP，希望能设定近期发展起来的电子致冷型CCD(cooled CCD camera)相机技术的行业标准，包括分辨率、灵敏度、动态范围和性能等方面的标准。而且Alpha Innotech也相信他们公司提供的相机产品的规格有着其他公司不能比拟之处：高分辨率(科学研究级的CCD)、4兆象素、低信噪比、低暗电流(dark current)、绝对的和可调的制冷温度(用于更高端的系统)。　　除了4兆象素的分辨率外，FluorChem SP还提供了Alpha Innotech公司的AlphaEaseFC软件。其特有的算法通过三维图像轮廓成像、图像锐化和降低信噪比等技术改进了成像分辨率。AlphaEaseFC软件提供了可以简单易用的单击完成1D泳道分析、2D点密度、MW/Rf(分子量/迁移率)计算、克隆和细胞计数、微量滴定盘分析、芯片分析、物距测量和凝胶评分等功能。　　另一方面，Alpha Innotech公司也提供给用户一种经济实惠的选择——入门级的AlphaDigiDocRT 2产品，这是一种实时的凝胶成像系统，只要具备一台电脑(通过USB连接)、一台UV透射仪就能使用。当然这是一种stand-alone版的成像产品，也就意味着它不具备一些昂贵的系统提供的许多图像分析选项。　　AlphaDigiDocRT 2具有高达8兆的分辨率(8位灰度或者24位彩色成像)、在软件控制下具有4倍的光学变焦和自动聚焦等性能。该系统还包含了AlphaEaseFC图像获取软件，用于控制变焦、自动聚焦、分辨率和曝光时间，含有自动图像增强和数据管理工具，除此之外AlphaDigiDocRT 2外形小巧，经济实惠，是小型和拥挤的实验室的理想选择之一。　　The importance of upgradeability　　假如你现在就需要一台凝胶成像系统，虽然目前你们实验室很小并且预算很紧，或者你不需要很多花俏的凝胶成像系统的功能，但是预知将来可能会需要更多复杂的性能的时候，最好购买一台能允许你升级到满足你将来需要的凝胶成像系统。　　有一些公司提供了这种服务，比如Alpha Innotech公司——任何顾客购买了带有DE-500操作室的入门级凝胶成像系统，就对系统进行升级而不需要买一套全新的系统。另外以上提到的Bio-Rad公司的GelDoc XR 和ChemiDoc XRS也是可升级的系统。　　除此之外，Kodak公司的分子成像系统就其高级市场专员Allison Sova的表述：“Kodak公司的Gel Logic的凝胶成像系统家族使得研究者能选择目前所需要的性能，并且可以将来可以经济而简易的升级系统以满足将来的需要。简单的来说，Kodak公司提供给研究者更大的灵活性来满足他们实验室对成像能力不断增加的要求”，也是一种可以升级的系统。　　Kodak’s Gel Logic 100是Kodak公司的基础型成像系统，它包含一个1兆象素的数码CCD相机、一个Gel Logic成像操作室、一个溴化乙锭带通滤波器。并且Kodak公司award-winning Molecular Imaging软件提供了其他成像系统所没有的特性，该软件可以在Mac操作系统或者Windows操作系统中使用。假如Gel Logic 100系统还不能满足你的需要，Kodak公司还提供了完整系列的数码凝胶成像和印迹成像系统——DNA 和 RNA凝胶成像，或者蛋白凝胶、印迹、或者平板成像等。　　比如Gel Logic 2200数码成像系统，Gel Logic 2200数码成像系统是Kodak公司顶级的凝胶成像系统。 Gel Logic 2200运用了2.2兆像素致冷型CCD相机，适用于更高灵敏度的化学发光和低亮度荧光检测，该系统还整合了白光和紫外光光源。Kodak公司称，该系统能检测皮摩尔至飞摩尔水平的荧光信号，达到与放射性自显影胶卷一样的灵敏度。　　另外，大范围生产凝胶成像系统的厂商还有Syngene——Synoptics公司的一个分公司。Synoptics公司的Paru Oatey说“基本上你可以根据研究需要和经费预算来选择相机、光源和滤光镜等配置，这将确保不会在一个系统中不需要的部件上花费多余的钱。”　　InGenius是Syngene公司的低预算型凝胶成像产品，可以根据选择不同的相机达到不同的分辨率。InGenius系统小巧易用，包括一个暗室，一个0.3-2兆像素的CCD相机(视型号而定)。　　G Box是该公司的另一个高端产品，一个更先进的凝胶成像和分析系统。该系统可以根据不同的应用选择三种不同分辨率的CCD相机，可以选择自动伸缩镜头或者手工镜头，电脑驱动或者手动滤光选择器，根据不同用途的光源选择，符合人体工程学外形设计的暗室。Syngene公司最近推出了一款高分辨率的G Box型凝胶成像产品——G Box Chemi XT16，该系统具有一个超致冷型、低噪音、高分辨率的4兆像素的CCD相机，适合灵敏的化学发光用途。除了自带的暗箱外，系统还包括安置在头顶的白光和紫外光透射光源。每一台

[back=transparent]质谱成像是以质谱技术为基础的可视化方法，通过质谱离子源直接扫描生物样本，可以在一张组织切片上同时分析数百种分子的空间分布特征，已成为精确解析药物分子及其代谢产物组织空间分布的关键技术之一，[back=transparent]质谱成像[/back]应用于药物ADME的研究。[/back]一般在生活中肾脏是药物排泄的主要器官。但是药物排泄过程的正常与否关系到药效强度、药效维持时间以及毒副作用。所以，这是我们必须要借助一些科学例如高分辨质谱技术来助力药物。近年来，高分辨质谱成像技术的诞生为定位药物组织分布研究提供了全新的技术和思路。本文将主要介绍TransMIT AP-SMALDI 10高分辨率质谱成像系统如何一步步揭秘伊马替尼在小鼠肾脏组织中的空间分布特征。TransMIT AP-SMALDI 10质谱成像系统是目前少有的集高空间分辨率和高质量精度于一体的质谱成像系统。该系统采用常压基质辅助激光解吸电离技术，通过先进的准直光束聚焦实现了5μm的成像分辨率；质谱端搭载Thermo Scientific? Q Exactive?系列质谱仪，保证了离子分析的高质量分辨率和高质量精度。综上所述，研究成功的揭示了伊马替尼在重要排泄器官肾脏中的组织分布特征，同时也获取了组织中各种内源性化合物的空间分布信息，为研究药物分子的累积和排泄机制提供了可靠的科学依据。TransMIT AP-SMALDI 10质谱成像系统集高空间分辨率、高质量分辨率和高质量精度于一身，不仅成为了药代动力学研究的利器，也应用于肿瘤标志物研究、植物次生代谢物研究、药用植物药效成分研究、微生物和单细胞研究等。未来，期待TransMIT AP-SMALDI 10质谱成像系统为我国药物研发人员和各领域科研工作者带来更多的惊喜，加快研究进程，加速成果转化。

这款[url=http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/micam05.html][b]高速荧光成像系统[/b]micam05[/url]是专业为神经成像,钙成像应用而设计的[b]高速神经成像系统[/b],能够长时间高速成像和记录存储高速图像.高速荧光成像系统micam05具有超低噪音,非常适合[b]染料成像[/b]和[b]钙成像[/b]应用,也可用于[b]荧光蛋白质电压[/b]/钙指示剂,如FRET成像和[b]GCaMP成像,血红蛋白成像[/b]或[b]黄素蛋白成像[/b]。[b]高速荧光成像系统micam05特点[/b]采用USB3.0接口高速数据传输技术,外部设备的兼容性好,适合实时像素输出和额外的模拟输入。用于多种类型科研CCD相机具有多种CMOS相机提供不同的空间/时间分辨率,这些机头可以很容易地切换或更换。（不可能同时使用不同类型的摄像机头）。直接数据存储和USB3.0高速数据传输的长期数据采集新的USB3.0接口允许更快的数据传输处理器的PC可以直接硬盘或SSD数据采集并行，无论内存容量，几分钟到几小时的长期记录都可以。（注意采样率、像素数量、使用的相机数量和PC规格将影响总记录时间）。多达四个摄像头可以很容易地连接和使用在一个完全同步多摄像机的系统中。最多两相机接口板可以连接到micam05处理器。每个接口板配备两个摄像头端口，因此，多达四个的同类型的摄像头可以随时连接。这允许从不同的角度多个荧光波长及三维同时成像。实时光强度监视器/输出可用作标准功能。高速荧光成像系统：[url]http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/micam05.html[/url]

[b][url=http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/nexus128.html]三维光声超声成像系统Nexus128[/url][/b]是全球首款成熟商用的[b]3D光声成像系统[/b]和[b]3D光声CT系统[/b]和[b]3D光声断层扫描成像系统[/b],具有更高灵敏度和各向同性分辨率，提高光声图像质量,具有更快的扫描时间和更高光声成像处理能力。三维光声超声成像系统利用内源性或外源性对比产生层析吸收的断层图像,适用于近红外吸收染料或荧光探针进行对比度增强和分子成像应用。三维光声超声成像系统应用分子探针的吸收和分布肿瘤血管-血红蛋白浓度肿瘤缺氧-二氧化硫[img=三维光声超声成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/photo-acoustic-CT-Nexus128.png[/img]三维光声超声成像系统Nexus128特点预定义的肿瘤生物学和探头吸收协议先进灵活的研究模式的扫描参数先进的重建算法易于使用的图形用户界面紧凑，方便的现场系统强大的查看和分析软件易于使用的图形用户界面数据可视化与分析三维光声数据从三维光声超声成像系统传输到工作站进行观察和分析。工作站上的数据具有与三维光声超声成像系统相同的结构/组织。独立的工作站允许调查员分析数据，而另一个操作员正在获取数据。前置像头具有强大的内置工具Endra 可以为特殊定量数据应用提供OsiriX 插件三维光声超声成像系统Nexus128：[url]http://www.f-lab.cn/vivo-imaging/nexus128.html[/url]

只有在特定条件下（薄样品），点阵条纹像（高分辨像 ，HRTEM image）与晶体结构才存在一 一对应的关系，，此时才能称为高分辨结构像。要获取结构像，需要满足如下条件：1.电子显微镜要有较高的分辨本领 2.样品足够薄（满足弱相位物体近似或者赝弱相位物体近似）3. 离焦量接近最佳欠焦条件那么问题来了，我们的样品，大多数都不满足弱相位物体，那这种情况下得到的高分辨像能反映什么信息？晶面间距，晶体周期性，还有呢？2.对于一般的样品（不是弱相位物体），离焦量不同，同一位置可能由白点变成黑点，那要选白点还是黑点呀？有时候可能样品厚度不同，一张图上，就能看到同样周期的，一块区域是白点，另一块区域是黑点。

请教：高分辨成像时，入射电子束穿过薄晶体形成弱衍射束与透射束，衍射束与透射束相位相差π/2，各位如何解释为什么？衍射束相位是滞后透射束π/2还是超前π/2。在欠焦位置，衍射束光程比透射束多1/4倍波长位置，其相位是否又比透射束超前（增加）π/2？在正焦点位置，教材上好像说，衍射束位相比在从样品出发时的增加π，为什么不是增加2π？好像光束从样品经过透镜聚焦到达像平面（正焦位置）相位不变（即2π的整数倍）。高分辨像最佳欠焦位置的暗点可否解释为原子列位置的透射波与邻近原子间隙位置的衍射波的合成波的强度，亮点为原子间隙位置的透射波与邻近原子位置的衍射波的合成波的强度？透射波与衍射波此时相位相同，合成波振幅大小=透射波与衍射波振幅大小之和。因为原子间隙位置的透射波强而衍射波弱，原子列位置的透射波弱而衍射波强，所以对应原子列位置的合成波强度较弱，形成暗点；而对应于原子列间隙位置的合成波强度较强，形成亮点。

虽然经过几个世纪的研究，人类的生长于发育过程中仍遗留有很多的未解之谜。人类胚胎发育的研究始于20世纪，一般以观察胚胎的组织图像的方式来研究如器官发生的机制等，传统的方式如切片一直使用至今。现今，对于胚胎3D图像的数字化构建也已经开始，使用核磁共振、X光摄影等方法均可获得胚胎的3D图像，但分辨率仍无法达到细胞水平。本研究使用了妊娠期6-14周的胚胎和胎儿共36个，结合免疫染色、3DISCO组织透明技术和光片照明技术，获得了人类胚胎细胞级分辨率的3D图像，清晰地显示了胚胎的外周神经、肌肉、血管、心、肺和泌尿系统。通过这种方法，我们可以建立人类生长发育的图库，研究人类胚胎发育的分子机制。[b]3D图像示例：1) 周围神经系统3D成像（使用中间纤维外周蛋白（Prph）的抗体标记Prph）： [/b][align=center][img=,450,317]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/2.jpg[/img] [/align][align=center]（A）7周龄胚胎的表面造影图像（左）；对Prph进行标记所得图像。[/align][align=center]（B）8周龄胚胎的表面造影图像（灰色）和标记Prph所得图像（绿色）的叠加图像。[/align][align=center]（C）8周龄胚胎的面部神经分布。表面造影图像和标记Prph所得图像的叠加（中）（右）。 [/align][align=center]感觉神经轴突和运动神经轴突在手脚的分布：分别使用胆碱乙酰转移酶（ChAT）和瞬态粘附糖蛋白-1（Tag-1）的抗体来标记。[/align][align=center]（D）在外周神经，染色产生重叠现象，但在末端Tag-1（绿色）更为明显。（D-F）ChAT染色与Prph和Tag-1均无重叠。 [/align][align=center][img=,550,177]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/3.jpg[/img] [/align][align=center]（D）9.5周龄的拇指，标记Prph和Tag-1。染色发生重叠，但在末端区域Tag-1更显著。[/align][align=center]（E）9.5周龄的左手，ChAT与Prph表达区域不同。[/align][align=center]（F）9周龄的右脚，ChAT与Tag-1表达区域不同。 [/align][align=center] [img=,550,177]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/4.jpg[/img][/align][align=center]（G）7周龄的头部，标记Prph显示颅神经。（右）对颅神经分布使用Imaris软件进行3D虚拟解剖、区分并着色。 [/align][b]2) 手足的神经分布的3D成像：对Prph和Tag-1进行免疫染色以建立胚胎和胎儿手部的感觉神经及其分支的3D图像，并可观察感觉神经随时间推移的发育情况。 [/b] [align=center] [img=,450,362]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/5-1.jpg[/img][/align][align=center]（A）8周龄标记Prph的右手，感觉神经分为尺骨神经、正中神经和桡神经。[/align][align=center]（B）右手从7周龄到11周龄的神经分布随时间的变化。肌皮神经（指针处）很快便延长深入手部。 [/align][align=center] 之后分别对ChAT和Tag-1标记，建立了运动和感觉神经的分布的图像，以确定两种神经在何处以何种方式分离。 [/align][align=center][img=,550,286]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/5-2.jpg[/img] [/align][align=center]（C）（D）9周龄的右脚和8周龄的左手的感觉神经和运动神经的3D图像。 [/align][b]3) 对肌肉生长进行3D成像分析：[/b]转录因子Pax7是有颌下门动物的肌肉干细胞标记物，是肌肉生成的关键启动因子。在肌肉的生长中，表达Pax7的细胞均匀分布于生长中的肌肉，表达肌细胞生成素（Myog）的细胞成簇分布于运动神经末端。生长中的肌肉表达了双皮质素（Dcx），可能影响神经肌肉接点的发育。 [align=center][img=,550,259]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/7-1.jpg[/img] [/align][align=center]（A）9.5周龄标记Pax7的右脚和右手。[/align][align=center]（B）10.5周龄标记Pax7与ChAT的右脚。[/align][align=center]（C）9周龄标记Myog、ChAT和Tag-1的右脚。[/align][align=center]表达Myog的细胞成簇分布于运动神经分支末端。[/align][align=center]（D）9.5周龄的左脚标记Dcx与ChAT。[/align][align=center]Dcx在肌肉（*号）和感觉神经中检测到，但在运动神经轴突中未检测到。 [/align][align=center] [img=,450,334]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/7-2.jpg[/img][/align][align=center]（E）8周龄标记MHC与Tag-1的胚胎。[/align][align=center]（中上）动眼肌肉的图像。[/align][align=center]点状线标示出了肌肉的分界线，此处照明被色素上皮所减弱。[/align][align=center]（中下）肌肉与感觉神经。（右）左臂的肌肉与感觉神经。[/align][align=center]（F）9.5周龄标记MHC与ChAT的左手，显示了肌肉与运动神经。[/align][align=center]使用不同颜色对肌肉进行了区分，同时能够观察到正在发育的骨骼。 [/align][b]4) 人类胚胎脉管系统的3D成像分析：[/b]质膜膜泡关联蛋白（Plvap）是一种由网状微血管内皮细胞表达的跨膜糖蛋白。对整个胚胎标记Plvap并成像，可以观察到致密的血管网络。对平滑肌表达的α肌动蛋白（SMA）进行免疫染色可以观察到生长中的动脉的3D结构。 [align=center][img=,450,414]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/9.jpg[/img] [/align][align=center]（A）（B）8周龄标记Plvap的胚胎。[/align][align=center]Plvap在整个胚胎中形成了致密的网络。[/align][align=center]（A中、右）右臂与右手。（B左）左腿的Z轴投射图像。[/align][align=center]（*号）血管网络穿过了除了骨骼的所有组织。[/align][align=center]（B右）面部图像。（箭头）角膜处没有血管。[/align][align=center]（C）11周龄胎儿，标记胶原IV的肋骨表面。[/align][align=center]（D左）11.5周龄胎儿的右腿和右膝，标记MyoSM的动脉。[/align][align=center]（D右）11.5周龄胎儿的右脚，标记SMA的动脉。[/align][align=center] 对胃肠道的淋巴细胞表达的Podoplanin进行标记以研究淋巴管形成，表达Podoplanin的细胞覆盖了肠胃，[/align][align=center]而含Podoplanin的微管数量较少，说明人类淋巴系统成熟可能晚于血管系统。[img=,550,181]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/10.jpg[/img][/align][align=center]（E）14周龄标记Podoplanin的消化道。表达Podoplanin的细胞位于肠胃上方。 [/align][align=center]（右）表达Podoplanin的细胞尚未发育形成淋巴管。[/align][b]5) 肺的生长发育的3D分析：[/b]标记鼠的性别决定基因Sox9转录因子和Dcx，观察到Sox9在人的末端支气管芽处表达，Dcx在每个气道的近端上皮部分表达。用Plvap标记肺部的血管，发现肺间质内微血管和大血管形成了连续的网络。肺部气道的分支方式是高度保守的，包括域分支、水平分支和垂直分支，使用Sox9/Dcx标记小支气管，可以观察到3种分支方式，并发现了不对称分支现象。 [align=center][img=,550,329]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/11.jpg[/img] [/align][align=center]（A）9.5周龄标记Sox9、Dcx和Plvap的胎儿的肺部。Sox9在上皮小管的末端表达，Dcx在近端表达。Plvap在整个肺的血管中表达。[/align][align=center]（B）肺上皮小管Z轴光学切面。[/align][align=center]（C）末端的微血管网络。[/align][align=center]（D）气道分支的3D图像。肺叶（蓝绿），支气管（红）。[/align][align=center]（E）支气管的3D图像。（右）三种分支方式。[/align][align=center] 标记SMA和平滑肌肌凝蛋白（MyoSM），两者均于围绕支气管和气道上皮小管的平滑肌处表达。标记Sox9显示出末端没有平滑肌。[/align][align=center]对平滑肌进行染色同时可以显示动脉和微动脉。可以使用SMA和酪氨酸羟化酶（TH）标记心脏来观察血管和神经分布。 [/align][align=center][img=,550,289]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/12.jpg[/img] [/align][align=center]（F）9.5周龄的标记MyoSM的肌凝蛋白平滑肌的染色。（箭头）支气管及分支。[/align][align=center]（G）11.5周龄的左肺标记SMA显示出气道平滑肌的分支方式。（箭头）动脉周围肌肉和（指针）近端气道周围肌肉。[/align][align=center]（H）10周龄的肺的分支图像。末端芽部用Sox9标记。表达SMA的平滑肌分布于不表达Sox9的近端区域。[/align][align=center]（I-K）心脏的光片显微图像。 [/align][b]6) 泌尿生殖系统发育的3D分析：[/b]人类生殖道分为两种结构：由中肾分化而来的中肾管（WD）和由中肾管诱导分化而来的副中肾管（MD）。性别决定伴随着生殖道的重构。Pax2转录因子可用于标记中肾和WD。8周龄的雄性胚胎中，MD尖端与WD紧密接触但并未完全生长。肾处于腹侧位置邻接生殖嵴。9.5周龄时MD继续沿WD延伸但并未连接。10周龄时两条MD连接，从两侧WD的中间延伸至泌尿生殖窦，同时开始降解，融合的剩余MD分化为前列腺囊。14周龄时，WD的中肾肾小管退化，附睾与输精管出现。Sox9是睾丸分化的必需因子，在睾丸索中表达，对Sox9使用免疫染色可以观察到睾丸索。[align=center][img=,350,415]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/13.jpg[/img][/align][align=center]（A）8周龄标记Pax2的胚胎。[/align][align=center]（B）（箭头）MD/WD连接。[/align][align=center]（C）（D）9.5周龄的泌尿生殖系统。（箭头）MD尾端沿WD延长但仍未融合。[/align][align=center]（E）10周龄的泌尿生殖系统。MD在底端融合（指针）并开始降解（箭头）。[/align][align=center]（F）降解的继续。[/align][align=center]（G）14周龄的泌尿生殖系统。输精管进一步发育（指针）。[/align][align=center]（H）10周龄标记Pax2和Sox9的睾丸。[/align][align=center]（I）10周龄标记Pax2的睾丸。[/align][align=center]（J）14周龄的睾丸。[/align][align=center][img=,350,452]http://www.qd-china.com/uploads/Mandy/LaVision%20Application/14.jpg[/img][/align][align=center]（A）10.5周龄标记Pax2的泌尿生殖系统。WD连续，MD已融合。（B）11.5周龄标记Pax2的生殖系统。（箭头）WD开始降解。（C）13周龄，标记Pax2的生殖系统。（箭头）子宫大小增加，WD显著降解。（右）MD顶端发育中的输卵管纤毛。（D）8周龄标记Pax2和Plvap的睾丸。（指针）微血管覆盖了睾丸和WD。而MD却没有血管形成。（E）10周龄的雄性胎儿中，MD没有微血管形成。（F）（G）10.5和13周龄标记Pax2和Plvap的卵巢。WD和MD均有致密的血管覆盖。 [/align][align=center][/align][b]总结：[/b]将免疫标记与3D成像技术结合，能够完好地保存器官的3D结构并使分辨率达到细胞水平，简单、快速、稳定、可重复，以上这些优势适合其应用于胚胎学，可用于研究遗传疾病或畸胎。此方法的限制条件主要在材料的获得，同时使用得抗体最大数量，抗体与实验方法的兼容性和大容量数据的存储。然而其应用的广泛程度依然不可限量。以后甚至可用于建立人类生长发育的3D图库。

请问时间分辨荧光显微镜哪里能找到？谢谢！

[align=center][font='times new roman'][size=16px][b]超高分辨[/b][/size][/font][font='times new roman'][size=16px][b]显微镜及其在生物医学领域的应用[/b][/size][/font][/align][align=center][font='times new roman'][size=14px]刘皎[/size][/font][font='times new roman'][sup][size=14px]1[/size][/sup][/font][font='times new roman'][size=14px]，[/size][/font][font='times new roman'][sup][size=14px] [/size][/sup][/font][font='times new roman'][size=14px]吴晶[/size][/font][font='times new roman'][sup][size=14px]1[/size][/sup][/font][/align][align=center]1. [font='times new roman']北京大学医药卫生分析中心，北京，[/font][font='times new roman']100191[/font][/align][font='times new roman'][b]摘要[/b][/font][font='times new roman'][b] [/b][/font][font='times new roman']超高分辨显微镜（[/font][font='times new roman']Super-Resolution Microscopy[/font][font='times new roman']）作为一类强大的科学工具，可以突破传统光学显微镜的分辨极限，实现对微小结构的高分辨率成像，已经在生物医学领域引起了广泛的关注和应用。本文将探讨超高分辨显微镜的不同类型和原理，介绍[/font][font='times new roman']其[/font][font='times new roman']在生物医学领域的应用[/font][font='times new roman']及展望其未来发展[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman'][b]Abstract[/b][/font][font='times new roman']Super Resolution Microscopy[/font][font='times new roman'], as a powerful scientific tool, can break through the resolution limit of traditional optical microscopes and achieve high-resolution imaging of small structures. It has attracted widespread attention and application in the biomedical field. This article will explore the different types and principles of Super Resolution Microscopy, introduce their applications in the biomedical field, and look forward to their future development[/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman'][b]关键词[/b][/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']显微镜，[/font][font='times new roman']成像技术[/font][font='times new roman']，应用[/font][font='times new roman'][b]1 [/b][/font][font='times new roman'][b]引言[/b][/font][font='times new roman']显微镜的产生和发展对于生命科学研究的进步有至关重要的作用[/font][font='times new roman']，它将微观世界呈现在大家面前，包括微生物的存在、组织细胞结构及生理病理活动等。显微镜技术的不断革新将成像分辨率不断提高，但相当长一段时间内光学成像无法突破一个极限值，即[/font][font='times new roman']xy[/font][font='times new roman']轴横向分辨率约[/font][font='times new roman']200nm[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']z[/font][font='times new roman']轴纵向分辨率约[/font][font='times new roman']500nm[/font][font='times new roman']，因此小于这个尺寸的生命活动和结构[/font][font='times new roman']，如病毒、亚细胞结构等，[/font][font='times new roman']是无法清楚地观察到的[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']聚焦点的光强会根据点扩散函数（[/font][font='times new roman']point spread functio[/font][font='times new roman']n[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']）而展开[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']对于圆形孔径，[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']呈现为艾里斑（[/font][font='times new roman']Airy disk[/font][font='times new roman']）的模式[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']激光扫描共聚焦显微镜（[/font][font='times new roman']Confocal Laser Scanning Microscopy, CLSM[/font][font='times new roman']）的分辨率取决于[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']的大小，如果焦点很小，则每个像素[/font][font='times new roman']点[/font][font='times new roman']获取到的信息也很小，从而得到清晰锐利的图像；反之，则结果图像变得模糊。因此，[/font][font='times new roman']CLSM[/font][font='times new roman']成像的[/font][font='times new roman']主要挑战在于实现越来越小的[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']以获得更好的分辨率。德国物理学家恩斯特[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']阿贝（[/font][font='times new roman']Ernst Abbe[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']1840-1905[/font][font='times new roman']年）在[/font][font='times new roman']19[/font][font='times new roman']世纪[/font][font='times new roman']70[/font][font='times new roman']年代首次[/font][font='times new roman']提出阿贝衍射极限，即[/font][font='times new roman']由于衍射效应，[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']大[/font][font='times new roman']小与[/font][font='times new roman']λ/NA[/font][font='times new roman']成正比（[/font][font='times new roman']d=0.61λ/NA[/font][font='times new roman']），其中[/font][font='times new roman']λ[/font][font='times new roman']是光的波长，[/font][font='times new roman']NA[/font][font='times new roman']是物镜最重要的参数[/font][font='times new roman']——[/font][font='times new roman']数值孔径[/font][font='times new roman']。由于可见光波长范围在[/font][font='times new roman']400-760nm[/font][font='times new roman']之间，[/font][font='times new roman']NA[/font][font='times new roman']值最大在[/font][font='times new roman']1.7[/font][font='times new roman']左右，所以分辨率极限在[/font][font='times new roman']200nm[/font][font='times new roman']左右。随着物理学和测量技术的进步，突破衍射极限的显微镜不断涌现，目前公认的超高分辨显微镜主要有三类，包括[/font][font='times new roman']结构照明显微镜（[/font][font='times new roman']Structured Illumination Microscopy[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']）[/font][font='times new roman']，受激发射减耗显微镜（[/font][font='times new roman']Stimulated Emission Depletion Microscopy[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']），和[/font][font='times new roman']单分子定位显微镜。单分子定位显微镜包括光敏定位显微镜（[/font][font='times new roman']Photoactivation Localization Microscopy[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']）和随机光学重建显微镜（[/font][font='times new roman']Stochastic Optical Reconstruction Microscopy[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman']）[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']2014[/font][font='times new roman']年三位科学家[/font][font='times new roman']史蒂芬[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']霍尔（[/font][font='times new roman']Stefan W. Hell[/font][font='times new roman']）[/font][font='times new roman']、埃里克[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']贝兹（[/font][font='times new roman']Eric Betzig[/font][font='times new roman']）和威廉[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']莫纳（[/font][font='times new roman']William E. Moerner[/font][font='times new roman']）因他们在超[/font][font='times new roman']高[/font][font='times new roman']分辨显微镜技术领域的贡献而获得了诺贝尔化学奖。[/font][font='times new roman'][b]2 [/b][/font][font='times new roman'][b]不同类型的超高分辨显微镜[/b][/font][font='times new roman'][b]2.1[/b][/font][font='times new roman'][b] [/b][/font][font='times new roman'][b]结构照明显微镜（[/b][/font][font='times new roman'][b]Structured Illumination Microscopy[/b][/font][font='times new roman'][b]，[/b][/font][font='times new roman'][b]SIM[/b][/font][font='times new roman'][b]）[/b][/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']本质是利用两束激发光在样品上进行干涉，产生明暗交替的莫尔条纹，高空间频率的莫尔条纹会放大激发条纹与样品空间频率不一致的结构，从而将样品中的高频信息整合入收集到的图像中。[/font][font='times new roman']通过投射特殊的光照明模式如格点或条纹光栅，以一定的模式照射样品，引入空间频率信息，采集多个图像并经过复杂的数据处理之后，重建高分辨率图像。由于每个图像都采用不同的结构照明模式，包含了不同的信息，合并后的图像能够展示出比传统显微镜更多的细节[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']相比于其他超高分辨成像技术，[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']最大的优势就是宽场[/font][font='times new roman']成像，速度快，基本可以达到实时观察。[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']技术的前身可以追溯到[/font][font='times new roman']20[/font][font='times new roman']世纪[/font][font='times new roman']70[/font][font='times new roman']年代初。当时，光学学家特奥多尔[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']赫普恩（[/font][font='times new roman']Theodor [/font][font='times new roman']H?upl[/font][font='times new roman']）首次提出了使用周期性光栅照明来提高显微镜分辨率的想法。这奠定了[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']技术的基础，尽管当时还没有实际的[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']显微镜。[/font][font='times new roman']21[/font][font='times new roman']世纪初期，史蒂芬[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']霍尔（[/font][font='times new roman']Stefan W. Hell[/font][font='times new roman']）和埃里克[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']贝兹（[/font][font='times new roman']Eric Betzig[/font][font='times new roman']）等科学家分别独立开发了[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']的现代版本。[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']技术开始广泛传播，吸引了生物学家和显微镜专家的关注。它被认为是一种相对低成本的[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']率成像方法，因为它不需要昂贵的激光设备或复杂的样品准备。[/font][font='times new roman'][b]2.2 [/b][/font][font='times new roman'][b]受激发射减耗[/b][/font][font='times new roman'][b]显微镜（[/b][/font][font='times new roman'][b]Stimulated Emission Depletion Microscopy[/b][/font][font='times new roman'][b]，[/b][/font][font='times new roman'][b]STED[/b][/font][font='times new roman'][b]）[/b][/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']技术的概念最早由斯德哥尔摩大学的斯蒂芬[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']霍尔（[/font][font='times new roman']Stefan W. Hell[/font][font='times new roman']）提出。他的想法是通过将激发光束与一个特殊的抑制光束结合，从而实现对荧光标记物的光抑制，[/font][font='times new roman']通过受激辐射淬灭光斑外围的荧光分子，[/font][font='times new roman']使其在空间上变得更加紧凑，[/font][font='times new roman']减少[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']从而提高分辨率。[/font][font='times new roman']我们也叫“甜甜圈”技术。[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']显微镜背后基本思想就是利用非线性光学设计一个低于阿贝衍射极限的更小[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']分辨率与[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']光强有关，提高[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']光的强度可以使荧光光斑焦[/font][font='times new roman']点中心直径趋于[/font][font='times new roman']0[/font][font='times new roman']，但是实际应用中，光损伤较大，[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']光强不可能无限增加，顾[/font][font='times new roman']其分辨率[/font][font='times new roman']最高[/font][font='times new roman']可达到[/font][font='times new roman']3[/font][font='times new roman']0[/font][font='times new roman']nm[/font][font='times new roman']左右[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']目前的[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']只能应用于较薄的组织器官或细胞，光毒性较强，成像厚度有限不太适合活体或活细胞长时间成像。[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']光路较为复杂，对系统稳定性要求较高。[/font][font='times new roman'][b]2.3 [/b][/font][font='times new roman'][b]单分子定位显微镜[/b][/font][font='times new roman']单分子定位显微镜[/font][font='times new roman']中荧光标记的单个分子被分别激发和检测。单分子的中心可以以极高的精度确定从而实现高分辨率，包括光敏定位显微镜（[/font][font='times new roman']Photoactivation Localization Microscopy[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']）和随机光学重建显微镜（[/font][font='times new roman']Stochastic Optical Reconstruction Microscopy[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman']）。[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']的历史可以追溯到[/font][font='times new roman']2006[/font][font='times new roman']年，由埃里克[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']贝兹（[/font][font='times new roman']Eric Betzig[/font][font='times new roman']）和哈拉尔德[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']赫斯（[/font][font='times new roman']Harald Hess[/font][font='times new roman']）提出了单分子定位这一概念。在[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']中，样品中的分子被标记上特定的荧光染料。这些染料可以通过光激活从一个基态转变到一个激发态，此过程可通过使用激活光（通常是紫外光）来实现。同期[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman']的成像技术也发展起来，代表科学家是华人庄小威。[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman']的工作原理与[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']类似，是通过特殊的分子标记和随机活性化，实现单分子定位进而实现超高分辨率成像。具有光激活能力的标记物通常在某种光照条件下会发光，但也会在某一时刻被随机地熄灭。这种随机光熄灭是[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']技术的关键，因为它允许在不同时间点捕获标记物的位置。通过记录标记物的位置，可以得到它们的坐标。这一过程需要在短时间内多次拍摄样品，以获得足够多的数据点。最后，通过将多个标记物的坐标叠加在一起，可以生成高分辨率的图像。这种以成像时间换取空间分辨率的形式，使得[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']或[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman']的分辨率通常能够达到数十纳米。[/font][font='times new roman'][b]3 [/b][/font][font='times new roman'][b]应用领域和未来发展[/b][/font][font='times new roman']超高分辨显微镜可以探索微观世界的无限可能性，已经彻底改变了科学研究的方式。在细胞生物学领域，它被用于研究[/font][font='times new roman']亚细胞结构，如微丝、微管、肌动蛋白等，[/font][font='times new roman']细胞器[/font][font='times new roman']如线粒体、溶酶体等，[/font][font='times new roman']分子分布和细胞膜动态、观察蛋白质的相互作用；在神经科学领域，它可用于观察神经元的亚细胞结构和突触的细节，有助于解剖和理解神经系统的结构和功能，以及神经系统相关疾病的机制；在癌症研究领域，被用于研究癌细胞的特征、蛋白质分布以及肿瘤微环境，这对于癌症的早期诊断和治疗规划非常重要；在材料科学领域，它被用于研究纳米材料的结构和性质、帮助科学家精确控制和制备纳米结构；在药物研发领域，它可用于研究药物靶标蛋白的定位和与其他分子的相互作用，这对于药物设计和筛选非常重要[/font][font='times new roman']；在微生物领域，对于研究细菌[/font][font='times new roman']结构变化至关重要，规避了电子显微镜无法进行活体成像等弊端，可以更加推进微生物学发展。[/font][font='times new roman']当然，[/font][font='times new roman']超[/font][font='times new roman']高[/font][font='times new roman']分辨成像技术[/font][font='times new roman']也有一定的挑战。超高分辨成像技术[/font][font='times new roman']通常需要高度复杂的设备和精密的校准，这使得其设备成本相对较高，[/font][font='times new roman']再加上样本制备的困难，[/font][font='times new roman']限制了其广泛应用。[/font][font='times new roman']样品准备在超高分辨成像中具有重要作用，新的标记技术和荧光探针的发展将提高成像的灵敏度和特异性[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']开发更友好、无损伤的样品准备方法，以减少对样品的干扰[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']甚至[/font][font='times new roman']包括无标记成像技术以减少样品标记的需求。开源软件和自动化工作流程将使超高分辨成像技术更易于使用和共享，促进科学研究的进展。[/font][font='times new roman']超高分辨技术通常对于三维成像和大样本的深度成像有限制，需要克服分辨率和深度之间的权衡。[/font][font='times new roman']同时超高分辨[/font][font='times new roman']成像的时间分辨率还可以继续提升[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']虽然[/font][font='times new roman']目前[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']和[/font][font='times new roman']minflux[/font][font='times new roman']更适合[/font][font='times new roman']观察[/font][font='times new roman']活细胞[/font][font='times new roman']动态过程，但时间分辨率的提高仍然是一个挑战，特别是对于极短时间尺度的现象[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']这将使科学家能够更深入地探索微观世界，并获得更多信息。[/font][font='times new roman']随着技术的不断进步，[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像有望在[/font][font='times new roman']包括临床医学[/font][font='times new roman']等[/font][font='times new roman']更多领域得到广泛应用[/font][font='times new roman']，未[/font][font='times new roman']来如果能实现超高分辨的动物甚至人的[/font][font='times new roman']活体成像，减少样品固定和处理的需求，允许观察生物过程的实时发生[/font][font='times new roman']将会更有现实意义[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']并且在科学研究的需求下，[/font][font='times new roman']多模态[/font][font='times new roman']或多尺度[/font][font='times new roman']成像将[/font][font='times new roman']与[/font][font='times new roman']不同[/font][font='times new roman']的[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']技术相结合，[/font][font='times new roman']例如，结合光学成像和质谱成像[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']从分子水平到组织水平[/font][font='times new roman']提供[/font][font='times new roman']生命活动[/font][font='times new roman']更全面的信息。[/font][font='times new roman']也可以[/font][font='times new roman']发展高通量的样品处理和成像技术，以便更快速地获得大规模的数据。[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像生成的数据量巨大，处理和分析这些大数据需要强大的计算资源和高效的算法。数据存储和传输也是挑战。[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像数据可能受到噪声和伪迹的影响，这需要高级的图像处理技术来减少其影响，以获得准确的图像。数据分析通常需要复杂的算法和数学模型，需要专业知识和技能。对于某些应用，如神经科学中的活体成像，需要实时数据分析，这增加了挑战。深度学习和人工智能技术[/font][font='times new roman']有望[/font][font='times new roman']在数据分析中发挥越来越重要的作用，[/font][font='times new roman']实现[/font][font='times new roman']自动处理和解释图像数据。发展实时数据分析技术，使科学家能够在数据采集过程中获得及时反馈。开发更易用的高级图像处理工具，使非专业用户也能够进行数据分析。结合不同成像技术和数据源的信息，以提供更全面的信息。开发自动化和高通量的数据分析工作流程，以应对大规模数据的挑战。促进数据共享和开放科学，以促进合作和加速科学研究的进展。未来，随着计算能力的提高和新技术的引入，[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像数据分析将变得更加强大和高效。这将有助于更深入地理解微观世界，并在生物学、医学、材料科学等领域推动创新和发展。[/font][font='times new roman']总的来说，尽管[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像面临一些挑战，但其前景充满希望。未来的发展将使这一领域更加强大，有望在科学研究和实际应用中提供更多的机会和洞察力。[/font][font='times new roman'][b]4 [/b][/font][font='times new roman'][b]结论和展望[/b][/font][font='times new roman']超高分辨显微镜的成像原理基于破解传统显微镜的分辨极限，通过结构照明、图像重建[/font][font='times new roman']和单分子成像等策略，实现对微小结构的高分辨率成像。这一技术的应用领域包括生物学、材料科学、纳米技术和医学等，有望推动科学研究的进一步发展。超高分辨显微镜已经在生物医学领域取得了显著的突破，使研究人员更深入地理解细胞和分子结构。然而，仍然存在挑战，包括样品准备和数据分析的复杂性。未来，我们可以期待更多技术的发展，以进一步提高分辨率和扩大应用领域。[/font][font='times new roman']随着技术的不断发展，我们可以期待更多超分辨显微镜技术的突破，如更高分辨率、更高灵敏度和更快成像速度。超分辨显微镜的应用也将继续扩展到新的领域，如药物研发、个性化医学和环境科学。它将为我们提供更多工具来解决生物学的重要问题，如疾病机制、药物研发和生态系统健康。总之，超分辨显微镜技术的未来展望是光明的，它将继续推动科学研究向前迈进，揭示微观世界的微小奥秘，为改善生活质量和解决全球挑战做出贡献。这个领域的不断创新将激发更多科学家的热情，共同追求更深入的科学知识和更广泛的应用。[/font][font='times new roman'][b]参考文献[/b][/font][font='times new roman']Hell[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']S [/font][font='times new roman']W[/font][font='times new roman']．[/font][font='times new roman']Far-field[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']optical[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']nanoscopy[/font][font='times new roman'][J][/font][font='times new roman']．[/font][font='times new roman']Science[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']2007[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']316(5828)[/font][font='times new roman']：[/font][font='times new roman']1153-1158[/font][font='times new roman']Hell[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']S W[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']Wichmann J[/font][font='times new roman']．[/font][font='times new roman']Breaking[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']the diffraction[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']resolution[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']limit[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']by stimulated[/font][font='times new roman']-[/font][font='times new roman']emission[/font][font='times new roman']-[/font][font='times new roman']depletion fluorescence[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']microscopy[J][/font][font='times new roman']．[/font][font='times new roman']Optics[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']Letters[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']1994[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']19(11)[/font][font='times new roman']：[/font][font='times new roman']780-782[/font][font='times new roman']Dani A[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']Huang B[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']Bergan J[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']et[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']a1[/font][font='times new roman']．[/font][font='times new roman'] Super-resolution[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']imaging of chemical synapses[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']in the brain[J][/font][font='times new roman']．[/font][font='times new roman']Neuron[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']2010[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']68(5)[/font][font='times new roman']：[/font][font='times new roman']843[/font][font='times new roman']—[/font][font='times new roman']856[/font][font='times new roman']PATTERSON[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']G[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']DAVIDSON[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']M[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']MANLEY[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']S[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']et[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']al[/font][font='times new roman']. [/font][font='times new roman']Superresolution[/font][font='times new roman'] imaging using single-molecule localization[/font][font='times new roman'][J][/font][font='times new roman']．[/font][font='times new roman']A[/font][font='times new roman']nnual Review of Chemistry[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']2010[/font][font='times new roman']，[/font][font='times new roman']6[/font][font='times new roman']1:345-367[/font]

一、前沿2009年10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2009年诺贝尔物理学奖的一半授予美国科学家威拉德• 博伊尔和乔治• 史密斯，因为他们于1969年发明了半导体集成电路成像技术,CCD感应器。经过四十年的发展，CCD技术由实验室逐步走向了市场，具有越来越广阔的应用。CCD数码成像对摄影产生了革命性的影响。在感光胶片之外，人们可以通过电子电路捕捉图像，这些以数字形式存在的图像更加易于处理和分发。数字图像已经成为许多研究领域中不可替代的重要工具。数码成像技术应用到显微镜上，以替代以往的胶卷拍摄，现在已经广泛应用了。以前我们用胶卷来进行显微拍摄，要等一卷拍完，冲洗出来才能确定拍摄的图像是否清晰，如果拍摄的图像不理想，而显微观察的样品又失效了，就需要重新制作样品，给研究工作带来很大的不便，而现在使用显微数码相机来拍摄显微图像，所见即所得，当时就是保存处理，甚至统计分析，极大的提高了工作效率。二、显微数码成像系统的组成显微数码成像系统包括CCD/CMOS专业相机，图像采集处理软件，显微镜接口，数据传输线等，其中最核心的设备是CCD和CMOS图像传感器，前者由光电耦合器件构成，后者由金属氧化物器件构成。两者都是光电二极管结构感受入射光并转换为电信号，主要区别在于读出信号所用的方法。CCD(Charge Coupled Device ，感光耦合组件)上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时，会将电荷反应在组件上，整个CCD上的所有感光组件所产生的信号，就构成了一个完整的画面。CCD的结构分三层 ，第一层“微型镜头”“ON-CHIP MICRO LENS”，这是为了有效提升CCD的总像素，又要确保单一像素持续缩小以维持CCD的标准面积，在每一感光二极管上(单一像素)装置微小镜片。CCD的第二层是“分色滤色片”，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYG补色分色法。原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。第三层：感光层，这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。数码成像的核心器件除CCD,现在越来越多的使用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体，CMOS和CCD一样同在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。CMOS的优势在于成本低，耗电需求少，便于制造， 可以与影像处理电路同处于一个芯片上，缺点是较容易出现杂点。三 显微镜成像系统相关参数对CCD/CMOS数码成像系统的结构和原理有了一个基本了解后，我们再对成像系统的一些基本参数作一个说明。在实际应用中，很多用户对像素多少很敏感，一上来就提到我要多少万像素的成像系统，其实在专业成像应用中，像素多少只是影响成像的一个因素，还有其他很多指标，包括分辨率，感光器件大小，动态范围,灵敏度，量子效率，信噪比等。感光器件的面积大小是衡量显微成像系统质量的一个重要指标，感光器件的面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。当前数码成像系统中较常应用的感光器件规格如下：1英寸（靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm），2/3英寸， 1/2英寸，1/3英寸，另外有时也用到1/1.8英寸,1/2.5英寸的CCD/CMOS感光器件。 像素是CCD/CMOS能分辨的最小的感光元件，显微数码成像系统的像素由低到高有：45万左右，140万左右，200万左右，300万左右，500万左右，900万像素，甚至还有更高的达到2000万像素以上。一般来说，像素越高，图像分辨率越高，成像也就越清晰，但有时候图像分辨率达到一定程度后，就不是影响成像质量的主要指标了。比如图像分辨率高，噪声也很高时，成像质量也不会很好。暗电流是导致CCD噪音的很重要的因素。暗电流指在没有曝光的情况下，在一定的时间内，CCD传感器中像素产生的电荷。我们在做荧光拍摄的时候，需要的曝光的时候比较长，这样导致CCD产生较多的暗电流，对图像的质量影响非常大。通常情况下通过降低CCD的温度来最大限度的减少暗电流对成像的影响。Peltier制冷技术一般可将CCD温度降低5-30°C，在长时间拍摄或一次曝光超过5-10秒，CCD芯片会发热，没有致冷设备的芯片，“热”或者白的像素点就会遮盖图像，图像会出向明显的雪花点。CCD结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。当然通过改善结构、优化方法，同样能减少噪音的产生。显微荧光或其他弱光的拍摄对CCD噪音的降低要求很高，应选用高分辨率数字冷却CCD成像系统，使其能够捕获到信号极其微弱的荧光样品图像，并且能够最大程度的降低噪音，减少背景，提供出色的图像清晰度。所以一般在荧光及弱光观察时需要选择制冷CCD。在显微数码成像过程中，对于荧光及弱光的拍摄，除了制冷降低热噪声外，还可使用 BINNING技术提高图像的灵敏度，BINNING像素合并是一种非常有用的功能，它可被用来提高像素的大小和灵敏度，比如摄像头像素大小为5u,当经过2x2合并后，像素大小为10u，3X3合并后，像素大小为15u, 这是图像的整体像素变少了，但成像的灵敏度可提高9倍。动态范围表示在一个图像中最亮与最暗的比值。12bit表示从最暗到最亮等分为212＝4096个级别，16bit即分为216个级别，可见bit值越高能分出的细微差别越大，一般CMOS成像系统动态范围具有8-10bit, CCD以10-12bit为主，少部分可达16bit。对动态范围进行量化需要一个运算公式，即动态范围值 = 20 log (well depth/read noise)，动态范围的值越高成像系统的性能就越好。量子效率也称像素灵敏度，指在一定的曝光量下,像素势阱中所积累的电荷数与入射到像素表面上的光子数之比。不同结构的CCD其量子效率差异很大。比如100光子中积累到像素势阱中的电荷数是50个，则量子效率为50％（100 photons = 50 electrons means 50% efficiency）。值得注意的是CCD 的量子效率与入射光的波长有关。对显微数码成像系统的参数有了整体认识后，在实际应用中选择合适型号的产品就比较容易了。高分辨率显微数码成像技术在国外已有二十来年的发展历史，产品目前已比较成熟。国外的专业数码产品有多个品牌，比较著名的有德国的ProgRes，美国Roper Scientific的系列产品，另外OLYMPUS、NIKON、LEICA、ZEISS等显微镜厂家也有一些配套的专业数码成像系统 。其中CCD成像系统主要采用SONY及KODRA公司的芯片，因此相关产品性能差别不是很大。国内专业数码成像产品的设计制造时间还不长，但随着配套技术的成熟，100万像素以上的CCD/CMOS专业数码成像产品开始陆续推出，主要的专业厂家有北京的大恒、微视、杭州欧普林，广州明美等企业。北京大恒早期主要研发生产图像采集卡，目前可以量产140万像素的CCD摄像头，130万/200万/320万/500万像素CMOS摄像头，主要用到工业领域。