基于光片荧光显微镜的三维单粒子追踪研究

发布时间：2017-09-04 01:40

  本文关键词：基于光片荧光显微镜的三维单粒子追踪研究

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【摘要】：三维单粒子追踪技术能够更真实地获得活细胞内生物分子在纳米空间尺度和毫秒时间尺度上的动态过程信息,已成为研究生命科学问题的重要手段。然而,利用该技术对厚生物样品进行研究时仍然面临着诸多挑战,包括如何提高图像信噪比、时空分辨率和成像深度等。针对这些难以解决的问题,本论文在已有单粒子追踪方法的基础上,发展了一种新的三维纳米分辨单粒子成像和追踪方法。该方法通过将光片荧光显微术(light sheet fluorescence microscopy,LSFM)和双螺旋点扩散函数(double-helix point spread function,DH-PSF)定位方法相结合来实现对厚样品中单粒子的三维纳米分辨成像和追踪,该方法具有图像对比度高、时空分辨率高,背景噪声低和成像深度深等优点。本论文完成的主要研究工作包括以下几个方面:(1)分析了现有三维单粒子追踪方法的优缺点,进而提出将光片荧光显微镜和双螺旋点扩散函数轴向纳米定位方法相结合来实现三维纳米分辨单粒子追踪的方法。(2)基于光片荧光显微镜的基本理论,设计和搭建了片状光照明子系统,并对系统进行了参量标定,实验结果表明,片状光的特征尺寸(厚度2.24?m,焦深26.3?m)与理论设计相一致。(3)进一步阐述了双螺旋点扩散函数的理论与技术问题,基于此设计研制了高效双螺旋相位片,扩展了系统的成像深度,实现了单粒子的三维纳米分辨定位。(4)设计和搭建了一套基于光片荧光显微镜和双螺旋点扩散函数显微镜的三维纳米分辨单粒子成像系统,并通过实验对系统进行优化;为了验证系统性能,引入了传统荧光显微镜的照明光路进行对比实验,实验结果表明,图像衬度和定位精度获得显著提高。(5)利用该套系统开展了琼脂溶液中单个荧光珠的三维追踪实验,实验结果证明了系统的可靠性,为进一步对完整细胞等厚样品内的分子动态过程研究提供了理论和实验基础。本论文研究工作的主要创新点如下:(1)针对单粒子成像时由于背景噪声使图像信噪比降低的问题,提出了片状光照明的解决方法,通过理论分析和实验证明了该方法可在样品任意深度上选择厚度2?m的单一薄层激发,从而抑制背景噪声,提高信噪比。(2)将光片荧光显微镜和双螺旋点扩散函数成像系统相结合,利用光片荧光显微镜能够提高图像对比度的优点,弥补了双螺旋相位片由于光能利用率较低引起图像对比度降低的缺陷,扩展了成像深度,提高了单粒子的三维定位精度。
【关键词】：光片显微术 双螺旋点扩散函数 单粒子追踪 定位精度 荧光显微
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH742
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 单粒子追踪技术的发展10-20
• 1.3 本论文的选题依据及主要工作20-22
• 第2章 光片荧光显微术22-31
• 2.1 光片荧光显微术的基本理论22-28
• 2.2 光片显微术的发展和应用前景28-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 基于双螺旋点扩散函数的三维单粒子定位技术31-36
• 3.1 双螺旋点扩散函数基本理论31-34
• 3.2 双螺旋点扩散函数的应用与存在的问题34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 基于光片荧光显微镜的三维单粒子追踪系统36-49
• 4.1 三维单粒子追踪系统设计36-38
• 4.2 高效双螺旋相位片的设计38-40
• 4.3 系统搭建40-44
• 4.4 系统标定44-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 基于光片荧光显微镜的三维单粒子追踪实验49-53
• 5.1 荧光单粒子追踪实验49-50
• 5.2 结果分析50-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第6章 总结与展望53-55
• 6.1 研究工作总结53
• 6.2 研究展望53-55
• 参考文献55-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士学位期间的研究成果及参与的研究项目62-63

【参考文献】

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1 应立明,谢晓亮;单分子的光学检测及应用[J];大学化学;1999年05期

2 王桂英,王琛,徐至展,陈宜张;生物单分子光学探测方法的进展[J];激光生物学报;2003年03期

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本文编号：788630