【摘 要】
：
生命科学与生物医学的发展对光学显微成像有了越来越高的要求,但光学系统的成像性能一直受限于阿贝衍射极限。虽然近数十年,科研工作者发展出各种超分辨显微成像技术以适应不同应用场景的需求,但是已有的光学显微成像技术尚存在许多不足。在高/超分辨光学显微镜中,点扩散函数直接反映了光学显微技术的分辨率,通过对点扩散函数进行调制整型,为实现高/超分辨显微成像提供了一种较为直接的、有效的技术手段。本论文基于点扩散函
论文部分内容阅读
生命科学与生物医学的发展对光学显微成像有了越来越高的要求,但光学系统的成像性能一直受限于阿贝衍射极限。虽然近数十年,科研工作者发展出各种超分辨显微成像技术以适应不同应用场景的需求,但是已有的光学显微成像技术尚存在许多不足。在高/超分辨光学显微镜中,点扩散函数直接反映了光学显微技术的分辨率,通过对点扩散函数进行调制整型,为实现高/超分辨显微成像提供了一种较为直接的、有效的技术手段。本论文基于点扩散函数调制整型对提高光学显微系统的三维分辨率并最终打破远场光学衍射极限限制进行了研究,提出了一些光学高/超分辨显微技术的新方法和新理论,实现了高/超分辨显微成像和大轴向单分子定位。本文的主要研究内容包括:1、基于矢量衍射积分建立了点扫描成像系统的照明点扩散函数和探测点扩散函数的计算模型,为研究基于点扩散函数工程调制整型技术提高光学显微成像的性能提供了理论基础和分析工具。提出的点扩散函数差分相干高分辨成像技术,使点扫描共聚焦成像的轴向分辨率提高为宽场成像的5倍,横向分辨率提高为宽场成像的1.7倍,并搭建了相关的实验系统,通过对纳米微球和细胞微光成像验证了仿真计算的结果。2、针对结构光照明系统的复杂性和超分辨图像重建所需的顺序照明模式可能存在的相位误差,我们提出了基于傅里叶叠层重建的点扫描虚拟结构探测显微技术（Theta-FP-vPSM）。采用虚拟结构探测技术,将光学系统采集到的原始数据与数字调制函数相乘得到结构条纹调制后的图像,经傅里叶叠层算法（Theta-FP）得到高频信息进而重建出超分辨图像。数字调制函数可根据需求设计,更加灵活,精度更高。此外,Theta-FP-vPSM成像技术兼具了传统SIM超分辨的性能和共聚焦层切的性能,提高了 SIM显微系统对厚样品成像的能力以及降低了结构光调制的复杂度。3、针对点扫描虚拟结构探测显微技术成像速度慢的问题,提出了基于傅里叶叠层重建的线扫描虚拟结构探测超分辨显微成像（PHI-FP-vLSM）技术,大幅度提高了成像的速度。针对Theta-FP重建算法会丢失部分信息而使最终重建的图像不完整的问题,提出了基于不同空间频率和相位变化的余弦函数调制的PHI-FP重建算法用于重建vLSM超分辨图像。4、由于傅里叶叠层算法需要在空间域和傅里叶域之间施加约束反复迭代,导致超分辨图像重建速度比较慢。为了缩短重建超分辨图像的时间,在本文中提出了非线性重建算法,该算法只需要在空间域计算就能恢复出高频信息,极大地提高了超分辨图像重建速度,为辅助Theta-FP和PHI-FP实现实时观察提供了基础。5、设计了组合涡旋相位在高数值孔径时生成轴向定位深度可调节的双螺旋PSF,并基于菲涅尔近似衍射成像原理开发出了相应的优化算法。采用优化后的组合涡旋相位对荧光分子进行定位,在数值孔径为1.4时,可实现轴向探测深度10 μm的高精度三维定位成像,为三维单分子定位超分辨成像提供了基础。
其他文献
二维过渡金属硫族化合物（2D-TMDs）因具有独特的电子结构、优越的物化性质在催化、能源、电子以及光电器件等领域表现出潜在的应用价值。化学气相沉积（CVD）技术制备的2D-TMDs具有尺寸大、层数可控、生长速度快以及质量高等特点,因而成为实验室中制备2D-TMDs最常使用的方法。CVD制备2D-TMDs的过程中,衬底的选择尤为重要,其不仅为2D-TMDs的生长提供支撑,同时也会通过影响生长动力学进
二维材料物性奇特,在催化、能源储存和转换领域、微电子领域有着巨大的科学研究、工业应用以及经济价值。本论文立足于二维材料研究的前沿问题,从新材料、新机制、新应用、新手段四个维度对二维材料展开探索,以期获得性能优异的电子器件和光电子器件。作者在新型二维半导体材料ZnIn2S4、准一维层状材料Ta2Ni3Se8、过渡金属硫族化合物ReSe2以及单元素二维材料Te进行了四个研究工作。论文分为以下六个章节:
为满足能源、信息等领域的快速发展而带来的新要求,新材料的研究正朝着多功能化、小型化的方向发展,这就要求新材料自身具备多种序参量（电荷、自旋、轨道和晶格）耦合且能够对不同外场（如声、光、热、力、电和磁场等）产生响应,从而为器件设计制造提供优良的载体。因此寻找具备室温以上低场响应的单相多参量复合功能材料是一项具有现实意义但又充满挑战性的工作。层状类钙钛矿氧化物由于其独特的层状结构,可以在同一晶体结构中
随着我国石油开发步入中后期阶段,勘探的主要目标转变为非常规油气藏,勘探难度极高。因此,油气勘探开发技术亟需科技创新发展。地球物理测井是油气勘探的关键技术,其使用特定的仪器,观测井眼内不同深度地层的各种地球物理特性。基于这些观测数据,岩相识别旨在判别地层的岩性成分,为实时钻井、地质评价和储层建模提供基础。传统测井岩相识别方法由地球物理学专家建立基于经验的测井岩相关系模型实现。然而,随着测井、地质资料
电磁逆散射方法建立在全波电磁计算的基础上,故相比于其它微波成像方法,逆散射重建有着更精确且普适的物理模型,和更广泛的应用前景。当前逆散射重建方法大多应用于石油勘探、建筑物内部透视和乳腺癌诊断成像等需要低频电磁波穿透障碍物的场景,故需要对亚波长量级的精细目标进行重建,构成了巨大的挑战。此外,成像区域内金属和非金属材料混杂的情况下,后者的重建极易受前者扰动,给定量重建带来不确定性。最后,在这些复杂场景
近年来,随着高清摄像头的普及和短视频应用的兴起,视频数据呈爆炸式增长,传统基于人力的视频分析方法难以满足现实应用需求。基于人工智能,尤其是基于深度学习的智能视频分析算法逐渐成为学术界和工业界的研究热点。时域动作定位作为其中的一项关键技术,其旨在找到感兴趣的动作在视频中的起始时间和结束时间,在视频检索、体育赛事智能化解读等系统中具有重要的应用价值。然而,现有的大多数时域动作定位算法都是基于全监督的,
混合模式和先进模式是未来国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER）的基本运行模式。这两种运行模式优化了托卡马克装置中非感应的靴带电流占总等离子体电流的份额,对外部非感应电流驱动设备的依赖程度最低。靴带电流的电流密度分布是偏离磁轴的,因此经过优化后的大份额的靴带电流整体抬升了芯部的安全因子剖面,安全因子最小值qmi
石墨烯在众多领域的优异性质和应用需求不断鼓舞并促进着其制备方法的研究。在探索的众多制备方法中,电化学方法因其温和的条件、可控的操作以及可观的产率被认为是最具工业化前景的途径之一。本论文围绕电化学剥离中的电解液、电压和电极等实验参数展开研究,旨在开发低成本、高产率的电化学方法来制备出不同性质的石墨烯产物,并对石墨烯的储能、电热和光热性能做了研究。在本论文第二章中,首先制备了一种新型绿色溶剂—一三组分
近几十年来,纳米材料以其优异独特的物理化学性质,在发光二极管、太阳能电池、光催化、生物检测等诸多领域展现出了广阔的应用前景,并受到了人们越来越多的关注。然而,由于量子尺寸效应,与块状材料相比,纳米材料中强的库仑相互作用导致激发态弛豫及表界面电荷转移过程更为复杂,相关微观动力学机理方面的认识仍十分匮乏;这不仅影响到纳米材料的设计构筑与调控,也大大阻碍了相关的应用研发。因此,深入理解纳米材料激发态的微
光镊是一种基于光的力学效应捕获和操控颗粒的技术,由于其具备实时操控、非接触、无机械损伤的优势,在微生物分子、分散体系、活体细胞检测等研究领域获得了广泛的应用。然而基于高功率、紧聚焦激光的传统光镊技术的功能单一、操控自由度小,而且难以在大面积范围内同时捕获和组装不同尺寸的微粒或者细胞。为了克服传统光镊的这些应用困境,实验物理学家们扩展了许多新型的光操控方法,其中一种方法是利用激光产生的热效应操控微粒