Aiwang Huang 1,2,3Danni Chen 1,2,3,*Heng Li 1,2,3Dexiang Tang 1,2,3[ ... ]Junle Qu 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 Shenzhen Key Laboratory of Biomedicine Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 Key Laboratory of Micro-Nano Measuring and Imaging in Biomedical Optics, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
Tracking moving particles in cells by single particle tracking is an important optical approach widely used in biological research. In order to track multiple particles within a whole cell simultaneously, a parallel tracking approach with large depth of field was put forward. It was based on distorted grating and dual-objective bifocal imaging, making use of the distorted grating to expand the depth of field, dual-objective to gather as many photons as possible, and bifocal plane imaging to realize three-dimensional localization. Simulation of parallel tracking of two particles moving along the z axis demonstrated that even when the two are axially separated by 10 μm, they can both be localized simultaneously with transversal precision better than 5 nm and axial precision better than 20 nm.
bifocal imaging dual-objective distorted grating depth of field Chinese Optics Letters
2020, 18(7): 071701
1 深圳大学 光电工程学院 光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳 518060
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种结合和频效应和环形光照明的远场超分辨红外显微成像方法。红外光、不同频率的环形和高斯可见光同时共轴激发样品, 当红外光频率等于样品分子某一共振频率时, 样品分子吸收红外光到达振动激发态, 环形和高斯可见光与共振分子作用分别产生无效和有效的和频信号。利用三束光的矢量光场表达式和模型能级系统的速率方程进行数值模拟发现, 当总可见光足够强时, 可使总和频信号饱和, 环形和高斯可见光与共振分子的作用出现竞争, 通过提高环形可见光光子流密度超过饱和光子流密度, 并降低高斯可见光光子流密度, 可有效地抑制环形区域有效和频信号的产生, 从而达到压缩PSF的目的, 在物镜数值孔径0.6的情况下, 通过数值模拟得到有效和频信号PSF半高宽为56 nm。
红外吸收 超分辨显微成像 衍射极限 高分辨 infrared absorption super-resolution microscopy diffraction limit high-resolution 红外与激光工程
2018, 47(8): 0804003
深圳大学光电工程学院, 光电子器件与系统(教育部／广东省)重点实验室, 广东 深圳 ５１８０６０
由于该成像系统采用的超连续谱光源, 可以满足所观测样品本源分子在0～4 000 cm-1内的所有拉曼振动活性模式同时共振增强, 在探测光的作用下, 同时产生宽带相干反斯托克斯拉曼散射信号。 然后, 根据不同的化学键进行光谱图像重构, 可以获得反映不同化学键在样品中的分布的图像。 对110 nm的纯的聚苯乙烯珠所形成的具有一定厚度的薄膜, 通过改变探测激光与超连续谱脉冲之间的时间重合度, 测量形成的相干反斯托克斯拉曼散射信号的时间分布迹线图, 通过其中的1 000 cm-1的化学键强度信号进行指数衰减曲线拟合, 得出具体的退相时间, 与文献中已报道的三色CARS的退相时间相比, 判断是否属于三色CARS。 为了检验系统在实际生物学成像中存在的问题, 我们开展了活体小鼠组织生物学应用成像实验, 对记录的数据在2 940 cm-1的CARS信号进行图像重构, 获得CH化学键在组织中的分布, 然后, 对重构图像直接使用小波变换的去噪方式进行图像去噪, 去噪后的图像具有比较清晰的轮廓, 结果表明, 对于对比度比较强的CARS共振信号, 直接使用小波变换的去噪方式就可以获得比较好的图像效果。 但是, 对于信噪比比较差的共振信号, 使用这种处理方法是不合适的, 需要使用别的方法, 先获取好的信号对比度, 再根据感兴趣的化学键进行图像重构, 然后, 再经过小波变换对图像去噪, 图像不仅会变得清晰平滑, 而且, 具有较好的视觉感官效果。
相干反斯托克斯拉曼散射 拉曼光谱 小波变换 Coherent anti-stokes Raman scattering Raman spectroscopy Wavelet transform
张赛文 1,2,3于斌 1,2,3,*陈丹妮 1,2,3吴晶晶 1,2,3[ ... ]屈军乐 1,2,3
1 深圳大学光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室， 广东 深圳 518060
2 深圳大学光电工程学院， 广东 深圳 518060
3 深圳生物医学工程重点实验室， 广东 深圳 518060
为了提高荧光超分辨显微技术的时间分辨率，提出了各种高密度荧光分子定位算法。对基于压缩感知模型的凸优化(CVX)工具箱的内点算法、同伦算法以及正交匹配追踪(OMP)算法的重构密度、定位精度、定位时间进行比较。模拟结果表明，CVX方法和同伦算法能够在高密度情况下实现精确定位，OMP算法与同伦算法运行时间比CVX算法短，但OMP算法在高密度的情况下定位精度相对其他2种算法明显下降。实验结果表明，3种算法都能实现高密度的荧光分子定位，CVX方法和同伦算法具有较好的重构效果；在500幅图像重构中，同伦算法与OMP算法的速度相比于CVX算法分别提高了14.9倍和21.2倍，大幅度缩短了重构时间。
生物医学光子学 荧光显微镜 超分辨成像 压缩感知 荧光分子定位 定位算法
1 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学信息工程学院, 广东 深圳 518060
在活体细胞内研究其亚细胞结构以及细胞器和分子之间或不同分子之间的相互作用过程是目前生命科学研究的主要挑战，而发展一种能够实时检测完整细胞内多个生物分子随时空变化的单分子探测和追踪技术对于研究生命过程中的分子机制具有重要意义。设计并搭建了基于变形光栅和双螺旋点扩展函数的显微成像系统，实现了在三维空间内扩展景深和纳米定位功能，极大地扩展了成像深度。通过模拟分析，该系统在高定位精度下可实现12 μm厚样品的动态探测，并实现了完整活细胞中动态粒子的实时定位和追踪。
生物光学 动态追踪 定位精度 景深 活细胞
1 中国科学院西安光学精密机械研究所超快诊断技术重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 深圳大学光电工程学院, 广东 深圳 518060
介绍了光学超振荡的原理及设计方法, 利用纯振幅调制的空间光调制器(SLM)-数字微镜器件(DMD), 从实验上获得局部超分辨的超振荡光场, 并采用空间频谱分析的方法进行验证。 实验结果表明, 产生的超振荡光场中超振荡区域的特征尺寸为衍射极限的60%, 经空间频谱的分析可知, 所产生的超振荡光场中并没有超过衍射极限的高空间频率成分产生。
图像处理 超分辨 数字微镜器件 超振荡 空间滤波
深圳大学光电工程学院教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室, 广东 深圳 518060
为了解决现有单分子定位算法中定位速度慢和对噪声有评估依赖性的问题，基于补零快速傅里叶变换和相位梯度算子提出一种新型的噪声自由的频率域非迭代荧光单分子定位算法。计算机模拟结果表明该算法定位精度可达纳米量级，而定位速度与解线性方程组法在同一个数量级。进而在传统实验参数条件下，对不同间隔分子带模型进行了模拟超分辨成像。模拟结果表明，可以区分中心相隔30 nm的两个分子带。此外，将该算法用于HeLa细胞突起中微丝束结构的荧光超分辨成像，从重构获得的图像中可以看到微丝束的直径为75~200 nm，验证了该算法的实用性。
显微 超分辨成像 单分子定位 相位梯度 微丝束
1 深圳大学光电工程学院, 光电子器件与系统(教育部、 广东省)重点实验室, 广东 深圳518060
2 美国纽约州立大学布法罗分校, 激光光子与生物光子学研究所, 布法罗 美国14260-3000
3 深圳大学医学院, 深圳市生物医学工程重点实验室, 广东 深圳518060
利用无机低温水相合成法制备表面包覆L-半胱氨酸的CdTe/ZnTe核壳型量子点, 测量不同溶液以及激发功率激光作用下该量子点的光谱特性。 结果表明, 该量子点吸收谱和荧光光谱峰值位置不随pH值变化, 而荧光光强随pH值升高呈近似线性上升趋势; 不同缓冲液对该量子点荧光光强无影响, 但随孵育时间延长, 荧光强度略有下降; 在强激光照射下QDs会被快速光漂白, 选择适当的激光功率(<100 μW), 可降低漂白速率, 实现长时间稳定测量。 因此, 该量子点具有较好的生物稳定性和光稳定性, 将其与血铁蛋白相连形成靶向共轭纳米粒, 可成功用于HeLa细胞标记。 细胞内量子点光漂白实验表明, 细胞微环境会影响量子点的光稳定性, 加速量子点的光漂白。
细胞标记 CdTe/ZnTe CdTe/ZnTe QDs QDs Cell labeling 光谱学与光谱分析
2010, 30(5): 1290
Author Affiliations
Abstract
1 College of Optoelectronic Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Institute of Optoelectronics, Key Lab of Optoelectronics Devices and Systems of Ministry of Education/Guangdong Province, Shenzhen Key Lab of Biomedicine Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 College of Medicine, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
4 Mubarak City for Scientific Research and Technology Applications, New Borg Al-Arab City, Alexandria 21934, Egypt
5 School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore
6 Institute for Laser, Photonics and Biophotonics, State University of New York at Buffalo, NY 14260-3000, USA
We study the uptake and distribution of transferrin (Tf)-conjugated CdSe/CdS/ZnS quantum dots (QDs) in single living HeLa cells with both fluorescence confocal microscopy and three-dimensional (3D) reconstruction technique. By increasing the co-incubation time or the dosage of QDs-Tf, we find that the uptake of QDs-Tf bioconjugates in the cells increases correspondingly, but with different uptake rates. Additionally, the distribution of QDs-Tf, in single live HeLa cells is time dependent. To our knowledge, this is the first study on quantitatively analyzing the uptake and distribution of bioconjugated QDs in single living cells. Such QDs nanoplatform can be further modified for developing biomedical evaluation tool in cancer diagnosis and targeted drug delivery.
170.6280 Spectroscopy, fluorescence and luminescence 170.1530 Cell analysis Chinese Optics Letters
2010, 8(10): 940
