受激发射损耗显微术及其在生物医学上的应用

1

作者 郑东 《现代仪器》 2011年第1期1-3,共3页

由于受到光学衍射的限制,均匀照明宽视场荧光显微术和激光共焦扫描显微术的分辨率约为200～300nm。近年来受激发射损耗显微术在突破衍射极限以及应用方面取得许多令人瞩目的成果。本文简要介绍受激发射损耗显微术的原理、方法及其在生... 由于受到光学衍射的限制,均匀照明宽视场荧光显微术和激光共焦扫描显微术的分辨率约为200～300nm。近年来受激发射损耗显微术在突破衍射极限以及应用方面取得许多令人瞩目的成果。本文简要介绍受激发射损耗显微术的原理、方法及其在生物医学上的应用。 展开更多

关键词 衍射极限 受激发射损耗显微术 脂类分子扩散 突触小泡运动

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受激发射损耗显微超分辨成像技术在免疫突触中的研究进展 被引量：1

2

作者 高辛未 张硕晨 +2 位作者 黄珊 朱书缘 冯继宏 《北京生物医学工程》 2019年第5期530-534,共5页

由于光学衍射的限制,传统光学显微镜只能看到免疫突触(immunological synapse,IS)(>200nm)的轮廓,因此在观察嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor,CAR)修饰的自然杀伤(native killer,NK)细胞靶向杀伤肿瘤细胞时,NK细胞的IS形成... 由于光学衍射的限制,传统光学显微镜只能看到免疫突触(immunological synapse,IS)(>200nm)的轮廓,因此在观察嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor,CAR)修饰的自然杀伤(native killer,NK)细胞靶向杀伤肿瘤细胞时,NK细胞的IS形成过程中会丢掉很多信息。受激发射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微镜的出现为IS的研究提供了有力工具。本文概述了STED超分辨成像技术的基本原理,分析了成像过程中的技术难点,介绍了在IS领域中与STED成像技术结合使用的荧光探针、生物芯片的研究新进展,探讨并展望了STED超分辨显微技术在IS研究领域的意义和未来发展方向。 展开更多

关键词 自然杀伤细胞 免疫突触 受激发射损耗显微镜 荧光探针 生物芯片

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双光子受激发射损耗复合显微成像技术研究

3

作者 魏通达 张运海 +3 位作者 昌剑 季林 杨皓旻 缪佳 《光学仪器》 2020年第4期67-74,共8页

鉴于双光子受激发射损耗(STED)复合显微镜在神经疾病临床诊断及脑科学研究中的重要作用,对双光子STED复合显微成像中多波长选通、多光束合束、关键技术指标等进行了研究,完成了复合显微镜样机系统集成研制和复合成像。该复合显微镜可以... 鉴于双光子受激发射损耗(STED)复合显微镜在神经疾病临床诊断及脑科学研究中的重要作用,对双光子STED复合显微成像中多波长选通、多光束合束、关键技术指标等进行了研究,完成了复合显微镜样机系统集成研制和复合成像。该复合显微镜可以对荧光标记的样本进行扫描成像,具备红绿双色荧光扫描成像功能、双光子绿色荧光成像功能和STED超分辨绿色荧光成像功能。测试结果表明,该复合显微镜成像深度达到700μm,分辨率优于60 nm。 展开更多

关键词 荧光显微 双光子显微 超高分辨率 受激发射损耗 扫描显微

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利用受激发射损耗(STED)显微术突破远场衍射极限 被引量：6

4

作者 陈文霞 肖繁荣 +1 位作者 刘力 王桂英 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2005年第10期51-56,共6页

远场光学显微镜受衍射极限分辨率的限制,而近场光学显微镜南于缺乏层析能力,则无法实现超分辨的三维成像。研究了既可突破远场光学显微术的衍射极限分辨率又可实现三维成像的成像技术——受激发射损耗(STED),综述了STED的分辨率与STED... 远场光学显微镜受衍射极限分辨率的限制,而近场光学显微镜南于缺乏层析能力,则无法实现超分辨的三维成像。研究了既可突破远场光学显微术的衍射极限分辨率又可实现三维成像的成像技术——受激发射损耗(STED),综述了STED的分辨率与STED光的光强、延迟时间、光斑空间分布等主要参数的关系.以及该技术的最新进展和应用前景。 展开更多

关键词 分辨率 衍射极限 受激发射损耗 时间特性 空间特性 光学显微术 受激发射 远场 损耗 近场光学显微镜

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受激发射损耗显微技术中0/π圆形相位板参数优化 被引量：3

5

作者 郝翔 匡翠方 +1 位作者 王婷婷 刘旭 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期206-209,共4页

采用光的矢量衍射理论,研究了0/π圆形相位板不同设计参数对于受激发射损耗(STED)显微镜中抑制光形成中空聚焦光斑聚焦质量的影响,并进行了数值模拟。相关计算结果表明,当采用不同偏振态、不同光强分布的入射光作为STED光,0/π圆形相位... 采用光的矢量衍射理论,研究了0/π圆形相位板不同设计参数对于受激发射损耗(STED)显微镜中抑制光形成中空聚焦光斑聚焦质量的影响,并进行了数值模拟。相关计算结果表明,当采用不同偏振态、不同光强分布的入射光作为STED光,0/π圆形相位板内径的合理取值范围是不同的,而系统所用物镜的数值孔径对于内径的取值影响较小。在各种不同的参数组合下,使用线偏振光和圆偏振光作为入射光时,0/π圆形相位板内径取值范围基本保持一致;当入射光为径向偏振光时,内径取值则相对较大;而当使用切向偏振光时,任何取值均无法在系统焦平面附近得到满意的中空聚焦光斑。 展开更多

关键词 受激发射损耗显微技术 相位板 衍射理论 数值孔径

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受激发射损耗显微术及扩展技术 被引量：1

6

作者 杨鹏 艾华 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2011年第5期32-40,共9页

受激发射损耗(STED)显微术利用荧光饱和与激发态荧光受激损耗的非线性关系,并通过限制受激辐射衰减的区域,减少荧光光斑大小,获得小于衍射极限的发光点来提高系统分辨率,从而突破远场光学显微术的衍射极限分辨力限制来实现无接触三维成... 受激发射损耗(STED)显微术利用荧光饱和与激发态荧光受激损耗的非线性关系,并通过限制受激辐射衰减的区域,减少荧光光斑大小,获得小于衍射极限的发光点来提高系统分辨率,从而突破远场光学显微术的衍射极限分辨力限制来实现无接触三维成像。基于受激辐射损耗抑制的物理过程,论述了发生损耗抑制的工作机理和工作条件,介绍了STED系统的分辨率及系统组成,并详尽综述了双光束、双光子、双色、4Pi及松散三重态等STED最新拓展应用技术。最后说明了最新激光技术的进展为开发实用STED技术提供保证,展望了该技术未来发展的重点及应用前景。 展开更多

关键词 生物光学 受激发射损耗 分辨率 超连续激光

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受激发射损耗显微中数值孔径对偏振光聚焦特性的影响

7

作者 张弘 冯继宏 张森 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2016年第4期104-109,共6页

受激发射损耗(STED)显微可以打破衍射极限,观测到小于200 nm的细胞器内部结构。利用径向偏振光通过大数值孔径(NA)成像可以提高STED系统的分辨率。计算了径向偏振光径向光强分布和纵向光强分布,并分析了数值孔径变化时径向光强分布和纵... 受激发射损耗(STED)显微可以打破衍射极限,观测到小于200 nm的细胞器内部结构。利用径向偏振光通过大数值孔径(NA)成像可以提高STED系统的分辨率。计算了径向偏振光径向光强分布和纵向光强分布,并分析了数值孔径变化时径向光强分布和纵向光强分布的变化。结果表明:纵向聚焦光斑比径向聚焦光斑小,且随着NA的增大,径向偏振光径向聚焦光斑和纵向聚焦光斑尺寸均变小,强度曲线图的半峰全宽(FWHM)也变小,光强分布更加集中。因此,增大NA可以提高STED显微成像系统的分辨率。 展开更多

关键词 成像系统 受激发射损耗显微 径向偏振光 聚焦特性 数值孔径 光强分布

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基于光楔的并行受激发射损耗荧光擦除图案产生方法

8

作者 张硕晨 冯继宏 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期347-353,共7页

提出了一种基于光楔的全新的并行荧光擦除图案产生方法,使用光楔及配套反光镜来调控损耗光束入射辅助物镜时的物方倾斜角,可充分利用显微物镜的数值孔径,产生出周期更小的并行荧光擦除图案。仿真结果显示:当使用数值孔径为1.4的显微物... 提出了一种基于光楔的全新的并行荧光擦除图案产生方法,使用光楔及配套反光镜来调控损耗光束入射辅助物镜时的物方倾斜角,可充分利用显微物镜的数值孔径,产生出周期更小的并行荧光擦除图案。仿真结果显示:当使用数值孔径为1.4的显微物镜且损耗光波长为760 nm时,所提方法能产生出周期为282.0 nm×283.6 nm的正方形网格状并行荧光擦除图案,能实现更高的成像分辨率。 展开更多

关键词 医用光学 荧光显微镜 并行受激发射损耗 荧光擦除图案 光楔 几何光学 数值仿真

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受激发损耗(STED)显微术及在生物邻域的应用 被引量：1

9

作者 张弘 冯继宏 +1 位作者 张森 高辛未 《智慧健康》 2015年第2期12-16,共5页

受激发射损耗(STED)显微成像通过引入一束损耗光以受激发射的方式减小有效荧光的发光面积,激发光激发样品的荧光基团形成一个艾里斑,损耗光生成中空型的面包圈抑制艾里斑周围的荧光强度,使我们仅看到中心的强度。基于StefanW.Hell第一... 受激发射损耗(STED)显微成像通过引入一束损耗光以受激发射的方式减小有效荧光的发光面积,激发光激发样品的荧光基团形成一个艾里斑,损耗光生成中空型的面包圈抑制艾里斑周围的荧光强度,使我们仅看到中心的强度。基于StefanW.Hell第一次提出受激发射损耗显微术,本文介绍了受激发射损耗(STED)显微术的发展过程,并阐述了近几年来,STED在生物领域的应用。最后,总结和展望了该技术的应用前景。 展开更多

关键词 受激发射损耗显微 发光面积 中心的强度 生物领域

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超分辨显微技术在活细胞中的应用与发展 被引量：16

10

作者 胡春光 查日东 +4 位作者 凌秋雨 何程智 李奇峰 胡晓东 胡小唐 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期15-25,共11页

细胞是生命体的基本单位和功能单位,对活细胞内部结构及其功能的研究是了解掌握生命本质的基础之一,因此活细胞的实时观测对生命科学的发展具有重要意义。传统的光学显微技术受衍射极限的限制,无法观测200 nm以下的生物结构细节。近20年... 细胞是生命体的基本单位和功能单位,对活细胞内部结构及其功能的研究是了解掌握生命本质的基础之一,因此活细胞的实时观测对生命科学的发展具有重要意义。传统的光学显微技术受衍射极限的限制,无法观测200 nm以下的生物结构细节。近20年来,随着超衍射极限光学理论、技术、器件和荧光探针等方面的快速发展,超分辨显微成像技术已成为应用于生命科学研究的重要手段。然而,大多数超分辨显微方法或测量耗时长,或易引起荧光蛋白漂白/细胞损伤,在活细胞研究中受到极大限制,已成为超分辨显微领域重点攻关的方向之一。为此,文中结合作者在快速超分辨显微技术研究的基础上,介绍了基于单分子成像的光激活定位显微技术和随机光学重构显微技术、基于荧光非线性可饱和光转换的受激发射显微技术以及基于结构光照明的超分辨显微技术,并探讨了在活细胞成像中的发展应用。最后,文中展望了超分辨显微成像技术在活细胞成像中的未来发展趋势。 展开更多

关键词 超分辨显微技术 单分子定位显微技术 受激发射损耗显微技术 结构光照明显微技术

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基于非线性光学的2PE-STED显微技术的发展与应用 被引量：2

11

作者 李奇峰 沙乾坤 +1 位作者 王洋 陈达 《纳米技术与精密工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期81-89,共9页

双光子激发受激发射损耗(two-photon excitation stimulated emission depletion,2PE-STED)显微镜是一种新型的非线性超高分辨荧光显微镜.2PE-STED显微镜在突破衍射极限的基础上,具有穿透深度深、图像信噪比高等优势.相比于其他超高分... 双光子激发受激发射损耗(two-photon excitation stimulated emission depletion,2PE-STED)显微镜是一种新型的非线性超高分辨荧光显微镜.2PE-STED显微镜在突破衍射极限的基础上,具有穿透深度深、图像信噪比高等优势.相比于其他超高分辨显微镜,2PE-STED显微镜可应用于具有高散射特性的生物活体组织的超高分辨层析成像.本文详细介绍了2PE-STED显微技术的基本原理、不同实现形式及其在生物研究中的应用,并展望了其未来的发展趋势. 展开更多

关键词 荧光显微 超高分辨率 受激发射损耗 双光子激发 非线性

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光学超分辨荧光显微成像——2014年诺贝尔化学奖解析 被引量：2

12

作者 纪伟 徐涛 刘贝 《自然杂志》 北大核心 2014年第6期404-408,共5页

超分辨成像显微镜的出现为现代生物医学研究提供了新的强有力的工具,将荧光显微镜的应用推到了新的高度。2014年诺贝尔化学奖授予了Eric Betzig、Stefan Hell以及William Moerner三位科学家,以表彰他们在"发展超高分辨荧光显微镜&q... 超分辨成像显微镜的出现为现代生物医学研究提供了新的强有力的工具,将荧光显微镜的应用推到了新的高度。2014年诺贝尔化学奖授予了Eric Betzig、Stefan Hell以及William Moerner三位科学家,以表彰他们在"发展超高分辨荧光显微镜"上的贡献。他们的获奖肯定了化学生物物理多学科交叉对于当今前沿科技发展的重要性。本文主要介绍了超分辨荧光显微成像诞生的历史背景,以及各成像技术的发生发展过程,最后对此技术的未来发展做了展望。 展开更多

关键词 超分辨成像 受激发射损耗显微镜 光敏定位显微镜

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生物单分子探测与成像的新进展

13

作者 林克椿 《生物物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期307-313,共7页

生物单分子研究是分子生物学向更深层次发展的自然趋势。从上世纪末开始,由于研究单分子技术的不断发展,这一领域已取得了许多重要成果。近年来活细胞内单分子过程的揭示成为关注的焦点。文章仅从基因表达的研究、用受激发射损耗(STED)... 生物单分子研究是分子生物学向更深层次发展的自然趋势。从上世纪末开始,由于研究单分子技术的不断发展,这一领域已取得了许多重要成果。近年来活细胞内单分子过程的揭示成为关注的焦点。文章仅从基因表达的研究、用受激发射损耗(STED)成像研究细胞膜、胞浆中单个分子的追踪以及单分子力谱在细胞生物学中的应用等几个方面说明本领域发展的现状。 展开更多

关键词 单分子 受激发射损耗成像 荧光共振能量转移 原子力显微术 整合蛋白

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超分辨显微成像技术在活细胞成像中的应用与发展 被引量：6

14

作者 张娇 何勤 +3 位作者 武泽凯 于斌 屈军乐 林丹樱 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1301-1315,共15页

超分辨显微成像技术(super-resolution microscopy,SRM)可以绕过光学衍射极限对成像分辨率的限制,让以前观察不到的纳米级结构实现可视化,这一重大研究进展推动了现代生命科学和生物医学研究的进步与发展.细胞是生物体的基本组成单位,... 超分辨显微成像技术(super-resolution microscopy,SRM)可以绕过光学衍射极限对成像分辨率的限制,让以前观察不到的纳米级结构实现可视化,这一重大研究进展推动了现代生命科学和生物医学研究的进步与发展.细胞是生物体的基本组成单位,对活细胞内部的细微结构和动力学过程进行研究是掌握生命本质必不可少的途径.但由于成像原理或条件的限制,早期的SRM技术在活细胞成像应用方面受到了不同程度的限制.近几年来,随着SRM和相关技术的发展,SRM在活细胞成像研究中的应用也越来越多.本文简要介绍目前常见的几种SRM技术的基本原理和特点,并在此基础上着重阐述它们在活细胞成像应用中所取得的最新研究进展和发展方向. 展开更多

关键词 随机光学重构显微术 受激发射损耗显微术 结构光照明显微术 超分辨成像 活细胞成像

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用于细胞脂滴超分辨荧光成像的有机荧光探针研究进展 被引量：3

15

作者 周日 王晨光 卢革宇 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1228-1242,共15页

脂滴是真核细胞中必不可少的一种球形细胞器,与很多细胞生理学过程息息相关。荧光成像技术是观察研究脂滴最有力的工具之一。受光学衍射极限的限制,传统的宽场以及共聚焦显微镜所能达到的成像分辨率约为250 nm左右,这对于观测小脂滴,尤... 脂滴是真核细胞中必不可少的一种球形细胞器,与很多细胞生理学过程息息相关。荧光成像技术是观察研究脂滴最有力的工具之一。受光学衍射极限的限制,传统的宽场以及共聚焦显微镜所能达到的成像分辨率约为250 nm左右,这对于观测小脂滴,尤其是新生脂滴(尺寸约30~60 nm)来说是远远不够的。在这种情况下,近年来新兴的各种能够打破衍射极限的超分辨荧光显微镜(如受激发射损耗显微镜、结构光照明显微镜以及光激活定位显微镜等)逐渐吸引了科研人员的兴趣。为了得到高分辨率脂滴荧光图像,除了上述超分辨显微镜之外,还需要具有与之相匹配的高性能荧光探针。本文将简要介绍这几种超分辨显微镜的工作原理,讨论其对荧光探针光物理性质的特殊要求,并进一步系统总结脂滴超分辨成像荧光探针的研究进展。与此同时,本文将分析对比不同超分辨显微镜在脂滴荧光成像方面的优势与不足,并对其发展趋势进行展望。 展开更多

关键词 脂滴 超分辨成像 受激发射损耗显微镜 结构光照明显微镜 光激活定位显微镜 荧光探针

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超分辨率成像荧光探针材料应用进展 被引量：3

16

作者 刘志贺 吴长锋 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期344-362,共19页

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分... 为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。 展开更多

关键词 超分辨荧光成像 受激发射损耗显微镜 光激活定位荧光显微术 随机光学重构显微术 超分辨光学涨落成像 荧光探针

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STORM和STED显微成像技术特点的比较 被引量：1

17

作者 宗艾伦 周迎生 《中国实验动物学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期115-118,共4页

随机光学重建显微镜(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM)技术和受激发射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微镜技术是近年来发展迅速的两种超分辨率荧光显微镜技术。这两种技术均提供超越传统荧光显微镜分... 随机光学重建显微镜(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM)技术和受激发射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微镜技术是近年来发展迅速的两种超分辨率荧光显微镜技术。这两种技术均提供超越传统荧光显微镜分辨率成像的功能,具有多色显像,三维成像以及活细胞内成像的潜力。在这篇综述中,我们关注两种技术荧光控制、激光强度等技术参数设定,同时结合样品制备、图像采集与处理等流程优化对比两者在分辨率、图像采集时间及具体应用中的优劣。STORM可获得更高的三维分辨率,但可能需要更长的图像采集时间。STED需要较高损耗光强度,却能在图像采集后立即生成超分辨率图像,不需要额外图像数据处理。最终,选择STORM和STED不仅取决于技术的具体应用,还取决于操作者优化各环节技术参数的能力,从而决定图像质量。 展开更多

关键词 超分辨率荧光显微镜技术 随机光学重建显微镜 受激发射损耗显微镜

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超分辨率荧光显微技术——2014年诺贝尔化学奖简介 被引量：1

18

作者 葛春洋 马宏佳 《化学教与学》 2014年第11期2-4,共3页

介绍了2014年诺贝尔化学奖获奖成果超分辨率荧光显微技术的原理和发现过程、获奖者简况以及超分辨率荧光显微技术的应用前景。

关键词 诺贝尔化学奖 超分辨率荧光显微镜 受激发射损耗显微镜 光激活定位显微镜

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近代显微成像技术的研究进展与应用 被引量：9

19

作者 狄伶 《中国医疗设备》 2018年第2期107-110,共4页

本文简述显微成像技术的发展历史,介绍荧光成像、共聚焦显微成像和超分辨显微成像技术的工作原理及应用。超分辨显微成像技术中主要介绍受激发射损耗技术。随着计算机技术和光电技术的飞速发展,新一代显微成像技术对活细胞微观生命活动... 本文简述显微成像技术的发展历史,介绍荧光成像、共聚焦显微成像和超分辨显微成像技术的工作原理及应用。超分辨显微成像技术中主要介绍受激发射损耗技术。随着计算机技术和光电技术的飞速发展,新一代显微成像技术对活细胞微观生命活动实现了分子和离子水平的形态定位、实时动态观察、三维结构重组、荧光定量分析和四维动态分析。 展开更多

关键词 显微成像技术 共聚焦显微镜 受激发射损耗 超分辨显微成像技术

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高数值孔径对STED超分辨显微成像技术的影响

20

作者 张弘 冯继宏 +1 位作者 张森 高辛未 《生物工程前沿（中英文版）》 2016年第1期1-5,共5页

在本文中,我们分析了不同高数值孔径对受激发射损耗(STED)显微中损耗光光强分布的影响。根据Debye矢量衍射积分公式,模拟计算了STED显微成像中,损耗光经过螺旋相位板,再经过高数值孔径(NA)透镜时的聚焦特性。从结果中我们可以得到,当数... 在本文中,我们分析了不同高数值孔径对受激发射损耗(STED)显微中损耗光光强分布的影响。根据Debye矢量衍射积分公式,模拟计算了STED显微成像中,损耗光经过螺旋相位板,再经过高数值孔径(NA)透镜时的聚焦特性。从结果中我们可以得到,当数值孔径增大时,损耗光的半高宽(FWHM)大小会减小,但是当NA从1.15变到1.30时,半高宽保持不变,当NA=1.35,1.4的时,半高宽有向上增加的趋势。结果表明:一般来说当NA增大时,STED显微的分辨率是提高的,但是不能严格地说,数值孔径越大,STED显微镜的分辨率越大。 展开更多

关键词 受激发射损耗显微 分辨率 光强分布 数值孔径 半高宽

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