弱光探测器的超分辨定位成像性能直接比较研究
发布时间：2022-02-13 19:38
超分辨荧光成像是本世纪显微光学成像领域最重大技术的突破之一,它为生物医学研究的诸多领域带来了新的机会。超分辨定位成像是代表性的超分辨荧光成像技术,其技术关键是将原本空间上密集排布的荧光分子随机分离到数千甚至数万幅单分子荧光图像中,然后通过单分子定位和重建技术得到一幅超分辨图像。其中,单分子定位的质量不仅和所使用的单分子定位算法有关,还决定于单分子荧光图像的质量。在超分辨定位成像系统的搭建中,选择一个合适的弱光探测器是保证单分子荧光图像质量的关键因素。本论文通过实验,系统定量的对不同弱光探测器的超分辨定位成像的性能进行评估,为超分辨定位成像领域研究人员在弱光探测器的选择和优化使用方面提供实验依据。（1）超分辨定位成像中的原始图像质量控制:我们从两个方面来对超分辨定位成像中的原始图像质量进行控制。在实验样品方面,我们通过系列实验得到细胞和组织样品的最优化预处理流程,并选择使用纳米抗体和荧光染料Alexa Flour 647相结合的改进型免疫荧光标记方法;在光学系统方面,我们对系统的关键实验参数进行测量和控制,提高对比实验的同步性和稳定性,最大程度提升弱光探测器的直接对比数据质量。我们能同时...
【文章来源】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
STORM原理图
图 1-2 两种不同弱光探测器的工作原理图：（a）CCD 工作原理图，（b）sCMOS 工作原理图[99]Fig. 1-2 The schemetic digram of two different low-light cameras: (a) CCD readout, (b) sCMOSreadout[99]弱光探测器主要有:CCCD，EMCCD 和 sCMOS。CCCD 和 EMCCD 的工作原理和 CCD 是基本一致的，但在探测器器件上有所不同，因此会产生不同噪声，对成像结果也会造成不同影响。（1）CCCD：CCCD 探测器的原理就是 CCD 的芯片技术，只是 CCCD 顾名思义加入冷却装置，能让 CCD 成像的相机噪声大幅度减少，因此 CCCD 的芯片设计和材料选择可以有效提高信号收集的效率，减小相机的噪声参数[100]。在弱光探测器的制造过程中怎样有效减小相机噪声是关键所在。置于密封真空空间内的 CCD 如果能在成像时将温度降低，就可以大幅度的减小相机噪声中的暗电流的组成，并将相机噪声中读出噪声这个部分最小化到 3~8 个电子的水平，一般 CCD 探测器含有[101]
图 1-3 EMCCD 的工作原理图[104]Fig. 1-3 EMCCD readout[104]（3）sCOMS：CMOS 将储存在像素里的电荷经由放大器立即转变成电压，不同于 CCD 将电压一个一个像素的传递。CMOS 可以通过控制晶体管的开关来进行电压的传递。在 sCMOS 探测器中，一般有“Global shutter”和“Rolling Shutter”两种成像模式。“Globalshutter”模式相比于“RollingShutter”模式虽然同时将所有的像素都读出来，但是读出速率慢了一半，还增加了暗电流和读出噪声。“RollingShutter”模式提供了更快的读出速率，更低的暗电流和更小的读出噪声，每一行之间的读出会有几微秒的间隔。在大多数的生物学应用中这个时间的差别几乎不会显现出来，但是最好还是在使用之前用标准样品进行校准。1.2.3 弱光探测器的性能参数 像素尺寸（Pixel Size）：探测器的像素大小，一般用 μm 作为计量单位。 有效像素数（Active Pixels）：探测器采图时获得的图像中 X 和 Y 方向上的
本文编号：3623800
【文章来源】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
STORM原理图
图 1-2 两种不同弱光探测器的工作原理图：（a）CCD 工作原理图，（b）sCMOS 工作原理图[99]Fig. 1-2 The schemetic digram of two different low-light cameras: (a) CCD readout, (b) sCMOSreadout[99]弱光探测器主要有:CCCD，EMCCD 和 sCMOS。CCCD 和 EMCCD 的工作原理和 CCD 是基本一致的，但在探测器器件上有所不同，因此会产生不同噪声，对成像结果也会造成不同影响。（1）CCCD：CCCD 探测器的原理就是 CCD 的芯片技术，只是 CCCD 顾名思义加入冷却装置，能让 CCD 成像的相机噪声大幅度减少，因此 CCCD 的芯片设计和材料选择可以有效提高信号收集的效率，减小相机的噪声参数[100]。在弱光探测器的制造过程中怎样有效减小相机噪声是关键所在。置于密封真空空间内的 CCD 如果能在成像时将温度降低，就可以大幅度的减小相机噪声中的暗电流的组成，并将相机噪声中读出噪声这个部分最小化到 3~8 个电子的水平，一般 CCD 探测器含有[101]
图 1-3 EMCCD 的工作原理图[104]Fig. 1-3 EMCCD readout[104]（3）sCOMS：CMOS 将储存在像素里的电荷经由放大器立即转变成电压，不同于 CCD 将电压一个一个像素的传递。CMOS 可以通过控制晶体管的开关来进行电压的传递。在 sCMOS 探测器中，一般有“Global shutter”和“Rolling Shutter”两种成像模式。“Globalshutter”模式相比于“RollingShutter”模式虽然同时将所有的像素都读出来，但是读出速率慢了一半，还增加了暗电流和读出噪声。“RollingShutter”模式提供了更快的读出速率，更低的暗电流和更小的读出噪声，每一行之间的读出会有几微秒的间隔。在大多数的生物学应用中这个时间的差别几乎不会显现出来，但是最好还是在使用之前用标准样品进行校准。1.2.3 弱光探测器的性能参数 像素尺寸（Pixel Size）：探测器的像素大小，一般用 μm 作为计量单位。 有效像素数（Active Pixels）：探测器采图时获得的图像中 X 和 Y 方向上的
本文编号：3623800
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