基于单分子中心定位的超高分辨显微技术研究

论文摘要

荧光显微成像技术已经被广泛的应用在生命科学,医学,纳米技术等多个学科领域[1][2][3],是无损检测和解析生物分子、细胞和材料结构的有效工具。但是受到衍射极限的限制[4][5][6],其在可见光区域能实现的最好分辨率为200 nm左右,无法解析纳米尺度的精细结构。对于生物细胞,许多具有重要功能的亚细胞结构和组成部分(如蛋白和染色体)的尺寸都小于衍射极限。近年来最新发展起来的超高分辨成像技术,包括STED,PALM,STORM,fPALM,能突破衍射极限对分辨率的限制,提供纳米尺度的分辨能力,为生命科学研究提供了一种全新的技术手段[7][8][9]。本文研究基于单分子中心定位超高分辨成像技术,主要目标是优化STORM显微成像技术,实现具有纳米尺度分辨能力的低成本超高分辨显微镜系统。论文首先研究了在汞灯照明系统下,实现单分子检测,单分子中心定位,单分子可开关控制等关键技术,并对基于汞灯照明系统实现STORM的可行性进行讨论。其次,着重讨论系统优化的问题,提出了一种新的算法优化中心定位的定位精度,使系统的分辨率有很明显的改善。很有意思的是,在实验中发现了一种通过将不同结构和光谱特性的荧光分子近距离接触延长荧光分子寿命的新方法。该方法有可能被应用于合成新的长寿命荧光分子,并应用超高分辨显微成像中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 荧光成像简介
• 1.2 单分子检测技术
• 第二章 超高分辨成像系统实现的研究
• 2.1 单分子超高分辨显微技术概述
• 2.2 单分子检测、成像的实现
• 2.2.1 检测技术及难点.
• 2.2.2 单分子检测实现.
• 2.3 单分子中心定位技术
• 2.3.1 中心定位算法背景及原理
• 2.3.2 系统分辨率估计
• 2.4 单分子可开关控制
• 2.4.1 单分子可开关控制样品设计
• 2.4.2 单分子可开关控制实验样品制作流程
• 2.4.3 实验结果.
• 2.5 单分子中心定位系统综合评估
• 2.5.1 系统单分子成像定位精度分析
• 2.5.2 系统单分子定位成像速度分析
• 第三章 荧光成像技术优化
• 3.1 单分子中心定位算法优化
• 3.1.1 重建算法模拟验证
• 3.1.2 重建算法实验验证
• 3.2 荧光分子寿命延长方法研究
• 3.2.1.Self-quenching 的应用
• 3.2.2 分子保护机制研究
• 第四章 实验中的细节
• 4.1. 实验样品跑胶结果
• 4.2. Flow-Cell 制作及玻片清洗
• 第五章 讨论及总结
• 参考文献
• 致谢