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Organization and Ultra-Structural Components of Endothelial Surface Glycocalyx Revealed by Stochastic Optical Reconstruction Microscopy(STORM)
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作者 Jie Fan Yi Sun +2 位作者 Yifan Xia John M.Tarbell Bingmei M.Fua 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期6-7,共2页
Introduction The endothelial cells(ECs)lining every blood vessel wall constantly expose to the mechanical forces generated by the blood flow.The EC responses to these hemodynamic forces play a critical role in the hom... Introduction The endothelial cells(ECs)lining every blood vessel wall constantly expose to the mechanical forces generated by the blood flow.The EC responses to these hemodynamic forces play a critical role in the homeostasis of the circulatory system.In addition to forming a transport barrier between the blood and vessel wall,vascular ECs play important roles in regulating circulation functions.Besides biochemical stimuli,blood flow induced(hemodynamic)mechanical stimuli,such as shear stress,pressure and circumferential stretch,modulate EC morphology and functions by activating mechanosensors,signaling pathways,and gene and protein expressions.The EC responses to the hemodynamic forces(mechano-sensing and transduction)are critical to maintaining normal vascular functions.Failure in the mechano-sensing and transduction leads to serious vascular diseases including hypertension,atherosclerosis,aneurysms and thrombosis,to name a few[1].On the luminal surface of our blood vessels,there is a thin layer called endothelial surface glycocalyx(ESG)which consists of proteoglycans,glycosaminoglycans(GAGs)and glycoproteins.The GAGs in the ESG are heparan sulfate(HS),hyaluronic acid(HA),chondroitin sulfate(CS),and sialic acid(SA)[2].In order to play important roles in vascular functions,such as being a mechanosensor and transducer for the endothelial cells(ECs)to sense the blood flow,a molecular sieve to maintain normal microvessel permeability and a barrier between the circulating cells and endothelial cells forming the vessel wall,the ESG should have an organized structure at the molecular level.Due to the limitations of optical and electron microscopy,the ultra-structure and organization of ESG has not been revealed until recent development of a super high resolution fluorescence optical microscope,STORM(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy).The diffraction of a single fluorescence molecule can be described as the point spread function(PSF).When the light of wavelengthλexcites the fluorophore(emitter),the intensity profile of the spot is defined as the PSF with the width^0.6λ/NA,NA is the numerical aperture of the objective.The diffraction-limited image resolution,for a high numerical aperture objective lens,is^200 nm in the lateral direction and^500 nm in the axial direction,for a conventional fluorescence microscope.The key idea of the single-molecule localization microscopy is to light the molecule,in turn,to achieve the nanometer-level accuracy of their position and reconstruction into a super-resolution image,such as STORM.STORM employs photo-switching mechanisms to stochastically activate individual molecules(photo-switchable or photoactivatable fluorophores)within the diffraction-limited region at different times.Then images with sub-diffraction limit resolution are reconstructed from the measured positions of individual fluorophores[3].To trade the super spatial resolution(accuracy),STORM sacrifices its temporal resolution(efficiency)by switching the state and sequentially exciting the emitters at a high density.Rust et al[3]employed organic dyes and fluorescent proteins as photo-switchable emitters to trade temporal resolution for a super spatial resolution(~20 nm lateral and^50 nm axial at present,can go down to a couple of nanometers if using smaller peptides or antibody fragments instead of currently used whole anti-bodies),which is an order of magnitude higher than conventional confocal microscopy.In the current study,we employed STORM to reveal the major ultra-structural components of the ESG,HS and HA,and their organization at the surface of the cultured EC monolayer[4].Materials and methods We used newly acquired Nikon-STORM system to observe the ESG on in vitro EC(bEnd3,mouse brain microvascular endothelial cells)monolayers.After confluency,the bEnd3 cells were immunolabeled with anti-HS,fol-lowed by an ATT0488 conjugated goat anti-mouse IgG,and with biotinylated HA binding protein,followed by an AF647 conjugated anti-biotin.The ESG was then imaged by the STORM with a 100x/1.49 oil immersed lens.Multiple Reporters of ATT0488 and AF647 with alternating illumination were used to acquire the 3D images of HS and HA.The field of 256×256(40×40μm2)of HS and HA at the surface of ECs was obtained based on totally 40,000 of EM-CCD captured images for each reporter at a capturing speed of 19 ms/frame.Results HA is a long molecule weaving into a network which covers the endothelial luminal surface.The diameter of the HA segments is 185.3±44.7 nm,155.5±57.2 nm,and 156.9±56.1 nm,respectively,at the top,middle and bottom regions of the cell luminal surface.In contrast,HS is a shorter molecule,perpendicular to the cell surface.HA and HS are partially overlapped with each other at the endothelial luminal surface.We quantified the length,diameter,orientation,and density of HS at the top,middle and bottom regions of the endothelial surface.The diameter of the observed HS is 191.0±46.0 nm,284.3±71.1 nm,and 184.2±59.6 nm,and the length of the HS is 621.0±75.7 nm,651.0±118.0 nm,and 575.2±105.6 nm,respectively,at the top,middle and bottom regions of the cell luminal surface.For the HS orientation,its angle with the cell surface is 92.9±1.9,88.7±8.2,and 96.2±10.9 degree,respectively,at the top,middle and bottom regions.The angle of 90 degree is perfectly perpendicular to the cell surface.For the HS distribution,the average density is0.398 elements/μm2,0.345 elements/μm2 and 0.665 elements/μm2,respectively,and the distance between the adjacent HS is 1 694.4±628.1 nm,1 844.8±758.5 nm,and 1 221.9±450.7 nm,respectively,at the top,middle and bottom regions.Conclusions Our results suggest that HS plays a major role in mechanosensing and HA plays a major role in the molecular sieve,due to their organization,ultra-structure and distribution. 展开更多
关键词 ORGANIZATION Ultra-Structural Components ENDOTHELIAL Surface GLYCOCALYX REVEALED optical reconstruction microscopy storm
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STORM原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的压缩感知后处理方法 被引量:3
2
作者 程涛 陈丹妮 于斌 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期31-38,共8页
针对随机光学重构显微等超分辨率显微成像技术存在的图像采集重构慢、空间分辨率低、时间分辨率弱,基于点扩散函数测量矩阵的约束等距性差和重构效果不好等缺点,提出了随机光学重构显微(STORM)原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的压缩... 针对随机光学重构显微等超分辨率显微成像技术存在的图像采集重构慢、空间分辨率低、时间分辨率弱,基于点扩散函数测量矩阵的约束等距性差和重构效果不好等缺点,提出了随机光学重构显微(STORM)原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的压缩感知后处理方法。仿真结果表明,该方法在不改变显微镜光学系统的前提下,通过对STORM原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的后处理,能够大幅提高超分辨率显微成像的重构效果。 展开更多
关键词 压缩感知 随机光学重构显微 点扩散函数 超分辨显微成像
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基于压缩感知STORM超分辨成像与像素的关系 被引量:4
3
作者 程涛 陈丹妮 《电子显微学报》 CAS CSCD 2017年第3期264-272,共9页
针对基于压缩感知STORM(stochastic optical reconstruction microscopy)超分辨成像效果差的不足,提出采用高分辨相机改善基于PSF测量矩阵性能的方法。该方法能够改善基于PSF测量矩阵的约束等距性(restricted isometry property,RIP),... 针对基于压缩感知STORM(stochastic optical reconstruction microscopy)超分辨成像效果差的不足,提出采用高分辨相机改善基于PSF测量矩阵性能的方法。该方法能够改善基于PSF测量矩阵的约束等距性(restricted isometry property,RIP),从而达到提高重构效果的目的。实验结果表明,采用高分辨相机后基于PSF(point spread function)测量矩阵的列不相关性更好,重构能力、定位准确度和识别率都得到极大改善。同时探讨了以传统指标体系评价基于压缩感知的超分辨重构质量的优劣和适用性。发现匈牙利法和质心法的组合方案较能反应真实的基于压缩感知的超分辨重构效果。 展开更多
关键词 压缩感知 随机光学重构显微 点扩散函数 超分辨显微成像
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STORM和STED显微成像技术特点的比较 被引量:1
4
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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Super-resolution microscopy and its applications in neuroscience
5
作者 Xuecen Wang Jiahao Wang +3 位作者 Xinpei Zhu Yao Zheng Ke Si Wei Gong 《Journal of Innovative Optical Health Sciences》 SCIE EI CAS 2017年第5期4-14,共11页
Optical microscopy promises researchers to soe most tiny substances directly.However,the resolution of conventional microscopy is resticted by the diffraction limit.This makes it a challenge to observe subcellular pro... Optical microscopy promises researchers to soe most tiny substances directly.However,the resolution of conventional microscopy is resticted by the diffraction limit.This makes it a challenge to observe subcellular processes happened in nanoscale.The development of super-resolution microscopy provides a solution to this challenge.Here,we briefly review several commonly used super-resolution techniques,explicating their basic principles and applications in biological science,especially in neuroscience.In addition,characteristics and limitations of each techrique are compared to provide a guidance for biologists to choose the most suitable tool. 展开更多
关键词 Super-resolution microscopy total internal reflection fuorescence microscopy stim-ulated emission depletion microscopy structure ilumination microscopy photoactivation lo-calization microscopy stochastic optical reconstruction microscopy
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二抗物种特异性对双色STORM成像的影响(特邀)
6
作者 邓师禹 胡芬 +3 位作者 侯梦迪 杨建宇 李任植 潘雷霆 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第6期145-152,共8页
随机光学重建显微术(STORM)基于免疫荧光标记技术,具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点,一直受到科研工作者的青睐,但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记,“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适... 随机光学重建显微术(STORM)基于免疫荧光标记技术,具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点,一直受到科研工作者的青睐,但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记,“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适性更强。二抗相对一抗存在物种特异性的问题,生产时需要对其进行预吸附来提升物种特异性。为了探究二抗物种特异性对双色STORM成像的影响,基于经典的红细胞骨架模型中血影蛋白N端和C端的互斥位置关系,对二者使用高、低吸附二抗标记后分别进行双色STORM成像,对照模拟中有无信号串扰条件下的互相关分析结果,结果表明低吸附二抗会造成二者共定位的假象。进一步,分别通过高、低吸附二抗对MDA-MB-231乳腺癌细胞CD47和PD-L1两种膜蛋白进行双色STORM成像,结果揭示两种蛋白无共定位关系。本研究为二抗物种特异性的评估提供了一种基于红细胞骨架结构模型的超分辨成像新策略,助力双色STORM成像精准阐明蛋白分子互作关系。 展开更多
关键词 超分辨成像 随机光学重建显微术 免疫荧光 红细胞膜骨架 互相关分析
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几种超分辨率荧光显微技术的原理和近期进展 被引量:20
7
作者 吕志坚 陆敬泽 +1 位作者 吴雅琼 陈良怡 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2009年第12期1626-1634,共9页
在生命科学领域,人们常常需要在细胞内精确定位特定的蛋白质以研究其位置与功能的关系.多年来,宽场/共聚焦荧光显微镜的分辨率受限于光的阿贝/瑞利极限,不能分辨出200nm以下的结构.近年来,随着新的荧光探针和成像理论的出现,研究者开发... 在生命科学领域,人们常常需要在细胞内精确定位特定的蛋白质以研究其位置与功能的关系.多年来,宽场/共聚焦荧光显微镜的分辨率受限于光的阿贝/瑞利极限,不能分辨出200nm以下的结构.近年来,随着新的荧光探针和成像理论的出现,研究者开发了多种实现超出普通共聚焦显微镜分辨率的三维超分辨率成像方法.主要介绍这些方法的原理、近期进展和发展趋势.介绍了光源的点扩散函数(point spread function,PSF)的概念和传统分辨率的定义,阐述了提高xy平面分辨率的方法.通过介绍单分子荧光成像技术,引入了单分子成像定位精度的概念,介绍了基于单分子成像的超分辨率显微成像方法,包括光激活定位显微技术(photoactivated localization microscopy,PALM)和随机光学重构显微技术(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM).介绍了两大类通过改造光源的点扩散函数来提高成像分辨率的方法,分别是受激发射损耗显微技术(stimulated emission depletion,STED)和饱和结构照明显微技术(saturated structure illumination microscopy,SSIM).比较了不同的z轴提取信息的方法,并阐述了这些方法与xy平面上的超分辨率显微成像技术相结合所得到的各种三维超分辨率显微成像技术的优劣.探讨了目前超分辨率显微成像的发展极限和方向. 展开更多
关键词 超分辨率荧光显微技术 点扩散函数 PALM storm STED SSIM
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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
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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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随机光学重构显微镜在外泌体观察中的应用 被引量:2
9
作者 马迪 夏仁品 +3 位作者 冯志坚 杨筱燕 付珏兰 马各富 《分子影像学杂志》 2018年第2期224-228,共5页
目的探讨随机光学重构显微镜(STORM)在外泌体观察中的应用价值,并介绍外泌体在随机光学重构显微镜下的成像原理及方法。方法实验中在肾性甲旁亢患者原代培养的甲状旁腺细胞的培养液上清中加入EXOQUICK-TC外泌体沉淀剂来获取细胞培养上... 目的探讨随机光学重构显微镜(STORM)在外泌体观察中的应用价值,并介绍外泌体在随机光学重构显微镜下的成像原理及方法。方法实验中在肾性甲旁亢患者原代培养的甲状旁腺细胞的培养液上清中加入EXOQUICK-TC外泌体沉淀剂来获取细胞培养上清中的外泌体,将外泌体膜表面的特异性跨膜蛋白CD63作免疫荧光标记后利用随机光学重构显微镜对外泌体行超高分辨率成像并测量外泌体直径。结果实验中随机光学重构显微镜成功的对继发性甲旁亢甲状旁腺细胞原代培养液上清中的外泌体行单分子定位、直径测量及超高分辨率成像。结论因随机光学重构显微镜具有独特的光学特性并突破了光学衍射极限的限制,较传统光学显微镜,能获得20~50 nm的分辨率,可对外泌体行单分子精确定位、直径测量、超高分辨率成像。基于STORM的成像优势,相信STORM及其他超高分辨率成像技术将在外泌体及外泌体参与的生物学过程的研究中发挥重要作用。 展开更多
关键词 外泌体 随机光学重构显微镜 超高分辨率成像
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单分子定位超分辨显微成像有机荧光探针的研究进展 被引量:7
10
作者 潘文慧 李文 +3 位作者 屈璟涵 叶懿霈 屈军乐 杨志刚 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期269-281,共13页
在生物医学领域,对纳米尺寸级别的微小生物目标进行精确定位研究具有非常重要的意义,而光学显微成像技术为此提供了强有力的工具。光学显微成像技术受到光学衍射极限的限制,难以分辨尺寸在衍射极限(<200 nm)以下的生物结构,无法直接... 在生物医学领域,对纳米尺寸级别的微小生物目标进行精确定位研究具有非常重要的意义,而光学显微成像技术为此提供了强有力的工具。光学显微成像技术受到光学衍射极限的限制,难以分辨尺寸在衍射极限(<200 nm)以下的生物结构,无法直接获取微小生物结构信息,阻碍了生物医学的进一步发展。近年来,随着纳米分辨显微成像技术的出现,新型荧光探针的开发、成像系统与设备的不断发展及成像算法不断完善地深入结合,促进了光学衍射极限以下尺寸微观目标的研究。基于单分子定位的超分辨荧光显微成像(SMLM)包括光激活定位成像(PALM)与随机光学重构超分辨成像(STORM),将有机荧光探针与超分辨光学显微成像技术紧密结合在一起,荧光探针的光物理性质直接决定着超分辨成像结果的好坏。因此,设计不同性能的荧光探针可以实现超精细结构的不同超分辨成像,为研究其生物学功能提供了有力的工具。本文着重围绕基于SMLM的原理、有机荧光探针的设计要求、用于SMLM的荧光探针种类及其生物应用等方面进行总结综述,指出了单分子定位成像上存在的不足,并对其发展方向进行了展望,希望为对超分辨成像研究感兴趣或初涉该领域的研究者提供成像理论与探针设计方面的帮助。 展开更多
关键词 超分辨成像 单分子定位成像 荧光探针 随机光学重构超分辨成像 光激活定位成像
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超分辨率成像荧光探针材料应用进展 被引量:3
11
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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基于艾里光片照明的随机光学重构显微系统的研制
12
作者 李鑫 王宇键 《工业控制计算机》 2020年第7期72-74,共3页
基于单分子定位的随机光学重构显微镜(STORM)是观察亚细胞结构的重要工具,但是在实际应用中往往会受到多方面的限制。光片照明显微镜因为具有快速、高对比度、光损伤低等优点,在近些年也得到了快速的发展。但是传统的高斯光片照明因为... 基于单分子定位的随机光学重构显微镜(STORM)是观察亚细胞结构的重要工具,但是在实际应用中往往会受到多方面的限制。光片照明显微镜因为具有快速、高对比度、光损伤低等优点,在近些年也得到了快速的发展。但是传统的高斯光片照明因为会快速的发散而使成像的视野受到了限制,而艾里光束作为一种无衍射光束,表现出良好的传播不变性,应用在光片照明显微镜中可以获得更大的视野。研制了一套基于艾里光片照明的随机光学重构显微系统,并在100×100μm视野范围内实现对Thy1-YFP小鼠脑片进行连续光学切面的二维超分辨成像。 展开更多
关键词 随机光学重构显微镜 艾里光束 光片照明
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基于噪声校正主成分分析的压缩感知STORM超分辨图像重构 被引量:14
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作者 潘文慧 陈秉灵 +5 位作者 张建国 顾振宇 熊佳 张丹 杨志刚 屈军乐 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期294-302,共9页
随机光学重构显微(STORM)的时间和空间分辨率相互制约,难以实现活细胞的超分辨成像,且超分辨图像的后处理分析与重构算法对图像质量也有非常重要的影响。基于此,针对高密度标记与高采样率所导致的单帧图像中光斑重叠及过多的背景噪声,... 随机光学重构显微(STORM)的时间和空间分辨率相互制约,难以实现活细胞的超分辨成像,且超分辨图像的后处理分析与重构算法对图像质量也有非常重要的影响。基于此,针对高密度标记与高采样率所导致的单帧图像中光斑重叠及过多的背景噪声,提出一种用于单分子定位显微成像的新型噪声校正主成分分析(NC-PCA)方法,对单分子定位显微成像采集的图像进行预处理后再进行定位重构,提高了现有定位方法的定位精度,同时还实现了重叠分子的区分定位,从而提高了生物样品的标记密度,改善了超分辨成像的时间分辨率,可为活细胞单分子定位成像提供技术支持。 展开更多
关键词 生物光学 随机光学重构显微 主成分分析 降噪算法 超分辨光学成像
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基于并行计算优化的WindSTORM PLUS算法 被引量:1
14
作者 肖文 吴天琦 +2 位作者 李仁剑 唐黎 陈玲玲 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期277-285,共9页
随机光学重建显微镜(STORM)关键技术包括大量随机闪烁图像的数据定位与重建算法,而现有的常用开源算法在大数据量情况下存在用时过长或内存受限等限制,影响了STORM技术的进一步推广应用。基于MATLAB和并行计算的方法构建了WindSTORM PLU... 随机光学重建显微镜(STORM)关键技术包括大量随机闪烁图像的数据定位与重建算法,而现有的常用开源算法在大数据量情况下存在用时过长或内存受限等限制,影响了STORM技术的进一步推广应用。基于MATLAB和并行计算的方法构建了WindSTORM PLUS开源算法,采用该算法进行单分子定位数据处理。在模拟数据集下,对比WindSTORM和ThunderSTORM,WindSTORM PLUS算法的处理速度提高了1000%,且对比WindSTORM,内存需求降低了60%。此外,搭建了easySTORM系统,在实验数据的处理耗时对比中,WindSTORM PLUS只有WindSTORM和Gauss-WLS的9%,验证了其在超大数据集下处理速度的优越性。WindSTORM PLUS开源算法为超分辨图像处理提供了一个新的高速处理方案。 展开更多
关键词 显微 随机光学重建显微镜 并行计算 超分辨成像 图形处理器
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多色单分子定位超分辨显微成像术 被引量:10
15
作者 潘雷霆 胡芬 +1 位作者 张心正 许京军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期88-95,共8页
多色成像作为超分辨成像技术的重要延伸,极大地增强了人们研究亚细胞结构定位与交互关系的能力,从而有助于研究者深入理解细胞内复杂的生命现象与过程。基于单分子定位超分辨显微成像术(SMLM)工作原理的特殊性,已实现了激发依赖、激活... 多色成像作为超分辨成像技术的重要延伸,极大地增强了人们研究亚细胞结构定位与交互关系的能力,从而有助于研究者深入理解细胞内复杂的生命现象与过程。基于单分子定位超分辨显微成像术(SMLM)工作原理的特殊性,已实现了激发依赖、激活依赖、分光依赖等数种有特点的多色成像方法。介绍6种主要的多色单分子定位超分辨显微成像技术,从分色能力、光谱窜扰、数据采集效率等角度分析了各方法的优缺点,并讨论了与多色成像相关的细胞固定方法,帮助研究人员根据自身实验需求选择合适可靠的多色成像手段研究相应的科学问题。 展开更多
关键词 显微 荧光成像 单分子定位显微成像 多色成像 随机光学重建显微术 光敏定位显微术
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超分辨荧光显微镜-显纳镜 被引量:1
16
作者 袁景和 方晓红 《化学通报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1029-1035,共7页
2014年诺贝尔化学奖授予美国科学家Eric Betzig、德国科学家Stefan W.Hell和美国科学家William E.Moerner,表彰他们在"发展超分辨荧光显微镜"方面的贡献。超分辨荧光显微镜的出现,为深入研究生命过程的分子机制提供了新的工... 2014年诺贝尔化学奖授予美国科学家Eric Betzig、德国科学家Stefan W.Hell和美国科学家William E.Moerner,表彰他们在"发展超分辨荧光显微镜"方面的贡献。超分辨荧光显微镜的出现,为深入研究生命过程的分子机制提供了新的工具和新的机遇。本文综述了三位获奖人发明的两种超分辨荧光显微镜的基本原理、方法发展和生物医学应用,并对国内相关研究进展作了简介。 展开更多
关键词 超分辨荧光显微镜 单分子成像 受激辐射耗尽(STED)显微镜 光活化定位显微镜(PALM) 随机光学重构显微镜(storm)
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荧光显微成像用于研究卵母细胞减数分裂过程 被引量:1
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作者 邓月月 叶贤其 +5 位作者 曹博 周洁 刘付童玲 王晓梅 屈军乐 许改霞 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期203-210,共8页
动力蛋白、微管蛋白以及染色体在卵母细胞减数分裂过程中起着重要作用,但目前传统荧光成像方法受到衍射极限的限制,分辨率较低,无法达到卵母细胞减数分裂对成像的要求。首先构建了卵母细胞体外正常成熟体系和原钒酸钠(SOV)作用下的异常... 动力蛋白、微管蛋白以及染色体在卵母细胞减数分裂过程中起着重要作用,但目前传统荧光成像方法受到衍射极限的限制,分辨率较低,无法达到卵母细胞减数分裂对成像的要求。首先构建了卵母细胞体外正常成熟体系和原钒酸钠(SOV)作用下的异常成熟体系,然后基于共聚焦显微技术和随机光学重建显微技术(STORM)两种荧光成像方法,研究卵母细胞减数分裂过程中动力蛋白和微管蛋白的定位以及染色体的形态与结构。荧光显微成像结果表明:在正常成熟体系中,动力蛋白分布、微管蛋白形成的纺锤体以及染色体的形态与结构能反映卵母细胞发育的不同阶段;在SOV作用下,纺锤体结构异常率增加,出现桶状、细长、团缩、杂乱、梨状、多极等典型异常纺锤体结构,染色体结构异常率也相应增加。STORM结果更清晰地展现了纺锤体结构信息,三维STORM结果揭示了异常纺锤体的紊乱情况,该方法为卵母细胞减数分裂过程研究提供了精度更高的成像手段。 展开更多
关键词 生物光学 共聚焦显微 随机光重建显微 卵母细胞 动力蛋白 微管蛋白 染色体
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基于深度学习的细胞骨架图像超分辨重建 被引量:17
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作者 胡芬 林洋 +4 位作者 侯梦迪 胡浩丰 潘雷霆 刘铁根 许京军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第24期48-55,共8页
21世纪初诞生的超分辨光学成像技术在生命科学研究中发挥着巨大作用,极大地增强了人们探索微纳尺度亚细胞结构的能力,然而这些成像技术往往耗时长,成本高。如今,许多研究者致力于基于深度学习的图像超分辨重建算法的研究中。利用自主搭... 21世纪初诞生的超分辨光学成像技术在生命科学研究中发挥着巨大作用,极大地增强了人们探索微纳尺度亚细胞结构的能力,然而这些成像技术往往耗时长,成本高。如今,许多研究者致力于基于深度学习的图像超分辨重建算法的研究中。利用自主搭建的随机光学重构超分辨显微镜获得细胞微管骨架超分辨图像,然后采用双线性插值降采样法处理得到低分辨率输入图集,再分别使用传统的三次样条插值法和增强型深度超分辨率神经网络进行学习训练,实现低分辨率图像的超分辨重建。结果表明:通过深度学习所重建的各种降采样的图像效果均优于采用传统插值法得到的图像效果,尤其是二倍降采样重建图像在主观和客观评价指标上可比拟实验获得的微管骨架超分辨图像。基于增强型深度超分辨率神经网络的细胞骨架图像超分辨重建有望提供一种简捷、有效和高性价比的成像方法,可应用于对细胞骨架超微结构的快速预测。 展开更多
关键词 图像处理 深度学习 图像超分辨重建 随机光学重构显微术 细胞骨架
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