偏振光激发的单分子荧光纵向成像研究

本文从单分子的水平上,详细分析并模拟了不同偏振光下的单个荧光分子的成像,指出荧光成像强度的差别是由分子的纵向位置及跃迁偶极矩的取向共同决定的。给出了确定荧光分子偶极矩取向的方法,并在此基础上给出了重构分子间纵向间隔的公式。

全内反射荧光显微术应用于单分子荧光的纵向成像

在模拟荧光分布的高帽形 (top hat)模型的基础上提出了隐失场中模拟荧光分子球体的数学方法 .基于此模型 ,提出了将全内反射荧光显微术应用于单分子荧光成像中 ,利用这种显微术中激发场的纵向强度呈指数衰减的分布特性 ,测得的荧光强度将强烈依赖渗透深度 (强度衰减到 1 e时的距离 ) ,从而快速直接的确定单分子荧光团间的纵向间隔、每个荧光团的纵向绝对位置和荧光团的半径大小 ,即实现荧光分子三维分布的重构 .在整个重构的过程中 ,只需要改变一次入射角的大小 ,即只需探测两幅荧光分子的全内反射成像 .

基于r-ADMM算法的轴向超分辨荧光显微技术研究

多角度全内反射荧光显微镜层析成像技术是实现轴向超分辨的主要技术之一,其关键算法是基于交替方向乘子算法对逆问题模型求解。为进一步提高交替方向乘子算法的迭代速度及收敛性,提出将一种基于松弛因子的改进型交替方向乘子算法应用于逆问题的求解中,其核心思想是对拉格朗日函数的分解迭代过程进行过松弛求解。基于该算法,搭建了多角度全内反射荧光显微镜成像系统,采集不同照明角度对应的不同穿透深度的图像堆栈,利用改进型算法重构细胞微管的深度信息,给出了系统的轴向分辨率,并与传统交替方向乘子算法进行了收敛速度的对比,给出了改进型算法达到最优收敛的松弛因子的取值范围,最后通过对线粒体样品进行长时程拍摄,重构了其三维信息,并观测了其融合和裂变的连续过程。实验结果表明,改进型交替方向乘子算法可以实现40 nm的轴向分辨率,并能在保证图像重构质量的同时,使迭代过程的收敛速度提升20%以上。