激光与光电子学进展, 2020, 57 (12): 120001, 网络出版: 2020-06-03   

自适应光学在荧光显微镜中的应用 下载: 2678次封面文章特邀综述

Application of Adaptive Optics in Fluorescence Microscope
作者单位
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室, 北京 100084
图 & 表

图 1. 典型自适应光学系统结构图[19]

Fig. 1. Structure of typical adaptive optical system[19]

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图 2. AO宽场显微镜系统及AO校正前后成像对比[23]。(a)基于SHWS、荧光微球和DM的AO宽场显微镜系统;(b) AO校正前后绿色荧光珠的宽场成像

Fig. 2. AO wide-field microscope system and comparison of wide-field images before and after AO correction[23]. (a) Schematic of AO wide-field microscope system based on SHWS, fluorescent beads, and DM; (b) wide-field images of green fluorescent beads before and after AO correction

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图 3. 共轭AO宽场显微镜系统及AO校正前后成像对比。(a)基于PAW的共轭AO宽场显微镜系统[26]; (b)共轭AO校正前后荧光标记的异常小鼠肾脏切片荧光图像[27]

Fig. 3. Conjugate AO wide-field microscope system and comparison of images before and after AO correction. (a) Schematic of PAW-based conjugate AO wide-field microscope system[26]; (b) fluorescence images of aberrated fluorescently-labeled mouse kidney section without and with conjugate AO correction[27]

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图 4. AOSIM系统及AO校正前后成像对比[33]。(a) Woofer-tweeter AOSIM系统;(b) AO校正前后果蝇胚胎中GFP标记的aCC/RP2运动神经元的宽场和SIM图像

Fig. 4. AOSIM system and comparison of images before and after AO correction[33]. (a) Schematic of woofer-tweeter AOSIM system; (b) wide field and SIM images of GFP-labeled aCC/RP2 motoneurons of a Drosophila embryo before and after AO correction

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图 5. 两种AO单分子定位显微镜系统。(a)基于WFS和DM的AO光激活定位显微镜系统[35];(b)基于DM和图像锐度度量的无波前传感器反馈AO单分子开关显微镜系统[37]

Fig. 5. Schematics of two AO single molecule location microscope systems. (a) Schematic of AO-PALM system based on WFS and DM[35]; (b) schematic of wavefront sensorless feedback AO single molecule switch microscope based on DM and image sharpness measurement[37]

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图 6. 基于搜索算法的AO-STORM系统对细胞微管的像差校正。(a)利用基于GA的AO-STORM系统对hepG2细胞微管进行像差校正[39];(b)利用基于PSO算法的AO-STORM系统对Hela细胞微管进行像差校正[40]

Fig. 6. Aberration correction of microtubules by AO-STORM system based on search algorithm. (a) Aberration correction using GA-based AO-STORM system on microtubules of hepG2 cell[39]; (b) aberration correction using PSO-based AO-STORM system on microtubules of Hela cell[40]

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图 7. AO共聚焦显微镜系统及AO校正前后成像对比[42]。(a)基于SHWS、荧光微球和DM的AO共聚焦荧光显微镜系统;(b) 100 μm厚小鼠脑组织AO校正前后的共聚焦荧光成像

Fig. 7. AO confocal microscope system and comparison of images before and after AO correction[42]. (a) Schematic of AO confocal fluorescence microscope based on SHWS, fluorescent beads, and DM; (b) confocal fluorescence images through 100 μm thick mouse brain tissue before and after AO correction

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图 8. 基于DM和SPGD算法的无波前传感器AO共聚焦荧光显微镜系统[46]

Fig. 8. Schematic of wavefront sensorless AO confocal fluorescence microscope based on DM and SPGD algorithm[46]

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图 9. 基于导引星全息的DAO共聚焦显微镜系统[52]

Fig. 9. Schematic of DAO confocal microscope based on guide star hologram[52]

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图 10. 共聚焦显微镜畸变测量[53]。 (a) SLM上的孔径分割示意图;(b)通过聚焦两个圆形子区域的光产生的干涉图案

Fig. 10. Aberration measurement by confocal microscope[53]. (a) Pupil segmentation on SLM; (b) interference patterns generated by focusing light from two selected circular segments

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图 11. AO双光子显微镜系统及AO校正前后成像对比[57]。(a)基于SHWS和开环控制的AO双光子显微镜系统;(b)AO校正前后活体果蝇胚胎51 μm深度处的双光子成像

Fig. 11. AO two-photon microscope system and comparison of images before and after AO correction[57]. (a) Schematic of AO two-photon microscope based on SHWS and open-loop control; (b) two-photon images of live Drosophila embryo at depth of 51 μm before and after AO correction

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图 12. 两种AO-STED显微镜系统。(a)利用两个SLM校正像差的AO-STED系统[62];(b)利用DM、SLM两种校正元件校正像差的AO-STED系统[63]

Fig. 12. Schematics of two AO-STED microscope systems. (a) Schematic of AO-STED system using two SLMs for aberration correction[62]; (b) schematic of AO-STED system using DM and SLM for aberration correction[63]

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图 13. 环状焦斑[66]。 (a)畸变校正前;(b)畸变校正后

Fig. 13. Annular focal spots[66]. (a) Before aberration compensation; (b) after aberration compensation

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刘立新, 张美玲, 吴兆青, 杨乾乾, 郜鹏, 薛平. 自适应光学在荧光显微镜中的应用[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(12): 120001. Lixin Liu, Meiling Zhang, Zhaoqing Wu, Qianqian Yang, Peng Gao, Ping Xue. Application of Adaptive Optics in Fluorescence Microscope[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(12): 120001.

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