基于自适应光学的双光子显微成像系统研究
发布时间：2021-04-15 08:27
双光子荧光显微成像技术是开展微观生命科学研究的重要手段和工具,使用该技术既可以观察生物体内的精细结构,也能够动态追踪生物体内组织、细胞、细胞核、蛋白、小分子等不同尺度的生命活动过程,研究深层组织的高空间分辨率荧光显微成像技术,是当前显微成像领域的一个前沿课题。由于生物组织通常具有非透明非均匀的结构,激发光和发射荧光在生物组织内传播时均会由于折射、散射、吸收等作用使得光束波前发生明显畸变,使得成像质量较差。借助自适应光学技术（Adaptive optics,AO）可对经由生物组织传播产生的波前畸变进行实时探测和精确校正,从而提升荧光成像的空间分辨率和深度。本文主要围绕基于自适应光学的双光子显微成像系统展开研究,主要研究内容如下:1,对双光子显微成像理论进行了分析,详细讨论了双光子显微成像的物理机制、双光子显微成像系统的组成、成像特点以及系统优化的基本方法,为后续光路的设计提供理论依据。另外,通过对成像特点的分析,利用AO技术进行像差校正,可提高双光子显微成像的分辨率。2,对自适应光学原理进行了分析,推导出了前十五个泽尼克（Zernike）多项式,并给出在光波波前误差中的含义,利用Matl...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
共聚焦显微镜示意图
图 1-2 双光子显微镜示意图荧光显微技术，具有以下几个方面优点：和光损伤小：在对透明样品进行某一深度聚焦时，会发影响数据的获取，而且还会影响对样品研究的时间，不便。双光子显微成像所用的激发光是红外光或近红品内穿透能力强，光漂白只出现在焦区附近很小的范像时的损伤，延长样品的观测时间。灵敏度：产生多光子过程的激发光是红外光或近红外光远，可以最大限度的收集荧光，且光电倍增管对长波光子成像的信噪比比较好，具有更高的灵敏度。度深：样品中的小颗粒对光的散射正比于 1/λ4，λ 是被较低的散射，穿透能力强。光路要求低。
液晶空间光调制器对出瞳面的各个局部区域进行校正。该方法对轴上点的校正效果，能够获得接近衍射极限的空间分辨率。但是仅能对轴上的畸变有效校正，对于轴外上的点没办法进行相位补偿，且补偿过程耗时12 年，Meng 课题组介绍了一种基于波前调制的补偿技术[27]，该技术可要点导引星的情况下形成一个衍射极限的焦点组织。通过运用无波前传式迭代的方法，利用 32×32 个单元的变形镜（图 1-3 中标记“MEMS”）波前像差进行快速相位校正，在深层组织里边能实现接近 100nm 的成像在迭代过程中，首先要标记一个感兴趣的扫描点的位置，之后变形镜的（512 个单元）以特定的频率被调制，其他 512 个单元保持静止，在并行时记录所产生的非线性信号的功率。在相位调制结束时，对所记录的非进行傅立叶变换，并将 512 个元素的相位值从相应的调制频率中提取出来 512 个调制元素应用之前进行符号反转。重复两次上述二分式校正过程到波前补偿。但该方法仅校正某一点的，不适用深层组织样本。由于深折射率不均匀导致双光子点扫描成像的波前像差不断变化，这几年来，波前传感校正方法最适合双光子点扫描显微成像[28-29]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]活体小鼠后顶叶皮质神经元双光子成像与空间定向机制[J]. 何小飞,徐光青,兰月,梁凤银,罗传铭,裴中,黄东锋. 中国康复医学杂志. 2013(10)
[2]活体小鼠脑组织Ca2+敏感荧光染料双光子成像的观察[J]. 彭诗宇,任振华,徐金勇,顾怀宇,李光武. 中山大学学报(自然科学版). 2011(05)
[3]荧光显微技术在土壤微生物可视化研究中的应用[J]. 张涛,李培学,戴慧堂,哈登龙,单燕祥. 安徽农业科学. 2011(02)
[4]液晶自适应光学在人眼眼底高分辨率成像中的应用[J]. 程少园,胡立发,曹召良,穆全全,李鹏飞,李抄,宣丽. 中国激光. 2009(10)
[5]自适应光学系统中的自适应控制算法研究[J]. 李新阳,姜文汉,王春红,鲜浩. 光学学报. 2001(03)
[6]自适应光学控制系统的有效带宽分析[J]. 李新阳,姜文汉. 光学学报. 1997(12)
本文编号：3138986
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
共聚焦显微镜示意图
图 1-2 双光子显微镜示意图荧光显微技术，具有以下几个方面优点：和光损伤小：在对透明样品进行某一深度聚焦时，会发影响数据的获取，而且还会影响对样品研究的时间，不便。双光子显微成像所用的激发光是红外光或近红品内穿透能力强，光漂白只出现在焦区附近很小的范像时的损伤，延长样品的观测时间。灵敏度：产生多光子过程的激发光是红外光或近红外光远，可以最大限度的收集荧光，且光电倍增管对长波光子成像的信噪比比较好，具有更高的灵敏度。度深：样品中的小颗粒对光的散射正比于 1/λ4，λ 是被较低的散射，穿透能力强。光路要求低。
液晶空间光调制器对出瞳面的各个局部区域进行校正。该方法对轴上点的校正效果，能够获得接近衍射极限的空间分辨率。但是仅能对轴上的畸变有效校正，对于轴外上的点没办法进行相位补偿，且补偿过程耗时12 年，Meng 课题组介绍了一种基于波前调制的补偿技术[27]，该技术可要点导引星的情况下形成一个衍射极限的焦点组织。通过运用无波前传式迭代的方法，利用 32×32 个单元的变形镜（图 1-3 中标记“MEMS”）波前像差进行快速相位校正，在深层组织里边能实现接近 100nm 的成像在迭代过程中，首先要标记一个感兴趣的扫描点的位置，之后变形镜的（512 个单元）以特定的频率被调制，其他 512 个单元保持静止，在并行时记录所产生的非线性信号的功率。在相位调制结束时，对所记录的非进行傅立叶变换，并将 512 个元素的相位值从相应的调制频率中提取出来 512 个调制元素应用之前进行符号反转。重复两次上述二分式校正过程到波前补偿。但该方法仅校正某一点的，不适用深层组织样本。由于深折射率不均匀导致双光子点扫描成像的波前像差不断变化，这几年来，波前传感校正方法最适合双光子点扫描显微成像[28-29]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]活体小鼠后顶叶皮质神经元双光子成像与空间定向机制[J]. 何小飞,徐光青,兰月,梁凤银,罗传铭,裴中,黄东锋. 中国康复医学杂志. 2013(10)
[2]活体小鼠脑组织Ca2+敏感荧光染料双光子成像的观察[J]. 彭诗宇,任振华,徐金勇,顾怀宇,李光武. 中山大学学报(自然科学版). 2011(05)
[3]荧光显微技术在土壤微生物可视化研究中的应用[J]. 张涛,李培学,戴慧堂,哈登龙,单燕祥. 安徽农业科学. 2011(02)
[4]液晶自适应光学在人眼眼底高分辨率成像中的应用[J]. 程少园,胡立发,曹召良,穆全全,李鹏飞,李抄,宣丽. 中国激光. 2009(10)
[5]自适应光学系统中的自适应控制算法研究[J]. 李新阳,姜文汉,王春红,鲜浩. 光学学报. 2001(03)
[6]自适应光学控制系统的有效带宽分析[J]. 李新阳,姜文汉. 光学学报. 1997(12)
本文编号：3138986
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