超分辨成像-高婧
上海理工大学科技成果——超分辨光学与光谱成像
上海理工大学科技成果——超分辨光学与光谱成像成果简介：
1、超分辨纵向偏振激光束纵向偏振激光束作为一种特殊光束，它的主要偏振态与光束的传播方向一致，这与传统的麦克斯韦方程所描述的光的偏振态与它的传播方向垂直相矛盾；该光束的尺寸可以小于系统0.5波长衍射极限分辨率，达到0.36波长，如果用于扫描成像，可以实现38%的分辨率提高，对于蓝色405纳米的激光，分辨率可以小于90纳米。
2、超分辨纳米显微成像系统该系统的分辨率可以达到传统显微成像系统的2倍以上，可以实现80纳米以下的宽场成像。
成果的技术指标:
1、超分辨纵向偏振激光束
波长：可见光波段；光束尺寸：0.43波长；光束偏振方向：沿着光轴方向。
2、超分辨纳米显微成像系统
宽场远场分辨率：1/3.8波长，或约120纳米（对于405纳米激光）；宽场近场分辨率：1/7波长或约70纳米（对于405纳米激光）。
技术的成熟度：
1、超分辨纵向偏振激光束：可以进行技术转让。
2、超分辨纳米显微成像系统：实验室样机纳米精度分辨率展示阶段。
成果的图片：
超分辨纵向偏振激光束
超分辨纳米显微成像系统。
宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究
航天返回与遥感第44卷第6期38 SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2023年12月宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究田芷铭赵明王森李剑（大连海事大学，大连116026）摘要傅里叶叠层是一新型的宽视场高分辨成像技术，但是其在宏观成像领域的应用中，成像模型在米级成像距离下通常仅有2 cm左右的成像视场，难以满足使用要求。
为了提高宏观傅里叶叠层技术的成像距离和视场，文章开展了远距离宏观反射式傅里叶叠层成像模型的理论研究，提出了一种新的宏观傅里叶叠层成像模型，该模型使用发散光束照明，通过球面波移位对目标傅里叶谱进行扫描重建高分辨率目标图像；此外，还分析了宏观相干成像机理和傅里叶成像模型近似条件，由此推导出模型的近似范围，为模型推广提供了理论基础；最后，利用搭建的实验系统对10 m外目标成像，使目标分辨率从1.4 mm提升到0.35 mm，分辨率提升4倍以上，验证了模型具有通过合成孔径技术提升目标成像分辨率的能力。
关键词宏观成像傅里叶叠层成像模型远距离成像超分辨技术傅里叶叠层实验中图分类号: TP391.41文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)06-0038-07 DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.06.004Experimental Research on Long-Range Imaging Using MacroscopicFourier Ptychographic TechnologyTIAN Zhiming ZHAO Ming WANG Sen LI Jian（Dalian Maritime University, Dalian 116026, China）Abstract Fourier ptychography is a promising high-resolution imaging technique that has been gradually applied in the field of macroscopic imaging. However, its imaging model typically provides a limited field-of-view of around 2 cm at meter-level imaging distances, which often falls short of practical requirements. To enhance the imaging distance and field-of-view of macroscopic Fourier ptychography, this article conducted theoretical research on the long-distance macro reflection Fourier stack imaging model. The proposed model utilizes diverging light beams for illumination, scans the target Fourier spectrum using spherical wavefront shifting, and reconstructs high-resolution target images. The article analyzes the mechanism of macroscopic coherent imaging and the approximation conditions of the Fourier imaging model, deriving the approximate range of the model and establishing a theoretical foundation for its extension. Finally, the built experimental system was used to image a target 10 meters away, increasing the target resolution from 1.4 mm to 0.35 mm, a resolution increase of more than 4 times, verifying the model’s capability to improve target imaging resolution through the synthetic aperture technology.收稿日期：2023-06-20引用格式：田芷铭, 赵明, 王森, 等. 宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(6): 38-44.TIAN Zhiming, ZHAO Ming, WANG Sen, et al. Experimental Research on Long-Range Imaging Using Macroscopic Fourier Ptychographic Technology[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(6): 38-44. (in Chinese)第6期 田芷铭 等: 宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究 39Keywords macroscopic imaging; Fourier ptychographic model; long-range imaging; super-resolution technology; Fourier ptychographic experiment0 引言目前，在监视、遥感等领域，高分辨率成像问题面临着重要挑战。
“超级透镜”为纳米级光学成像打开大门
“超级透镜”为纳米级光学成像打开大门
佚名
【期刊名称】《《光机电信息》》
【年(卷),期】2005(000)005
【摘要】伯克利加州大学的研究人员创造出一种“超级透镜”，能够克服以往光学成像分辨率在物理方面的限制。
【总页数】1页(P30)
【正文语种】中文
【中图分类】TH74
【相关文献】
1.美国天基微透镜阵列r干涉光学成像技术发展初探 [J], 刘韬
2.面向超分辨光学成像的浸没微球透镜控制 [J], 陈涛;孟凯;杨湛;刘会聪;孙立宁
3.医保统筹大门打开之后评《特慢病药店,打开医保统筹大门》 [J], 逄增志
4.基于液体透镜的仿生视觉光学成像系统 [J], 孟晓辰;樊凡;祝连庆;娄小平
5.单层超透镜研究助力光学成像技术 [J],
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生命科学中的高分辨率成像技术
生命科学中的高分辨率成像技术生命科学是探索生命的奥秘，揭示生命机理的学科。
精细的成像技术是生命科学研究的重要手段之一。
在生命科学研究中，高分辨率成像技术的应用越来越广泛。
本文将介绍生命科学中的高分辨率成像技术，包括原子力显微镜技术、单分子成像技术、超分辨率光学显微镜技术等。
1. 原子力显微镜技术原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种在原子尺度下成像的非光学显微镜技术。
AFM技术是利用扫描探针穿过样品表面的微小力，对表面的形貌、摩擦力、磁性等进行成像。
AFM技术具有高分辨率、不需真空和低温等特点。
AFM技术在生命科学领域中被广泛应用，例如可以观察单个生物分子的形态变化，研究蛋白质的受体配体相互作用，探究生物膜等等。
2. 单分子成像技术单分子成像技术（Single molecule imaging，SMI）是指通过成像技术直接观察分子单个分子的行为和相互作用。
SMI技术在生命科学研究中有着重要的应用价值。
通过SMI技术，可以直接测量分子的动力学特性，例如分子扩散速度、接触时间、运动轨迹、生命时间等。
基于SMI技术，可以进行各种生命科学研究，如研究蛋白质折叠和功能机制、激活和分化细胞、细胞动力学和信号途径等等。
3. 超分辨率光学显微镜技术超分辨率光学显微镜技术（Super-resolution optical microscopy，SRM）是一种通过精密成像技术提高光学显微镜分辨率上限的技术。
传统光学显微镜的分辨率上限约为200nm，而SRM技术可以将其提高至几个纳米量级。
SRM技术包括STED显微镜、PALM/STORM、SIM等多种不同的方法，每种方法在实现原理和应用领域上都有所不同。
SRM技术在生命科学研究中具有广泛的应用，例如可以研究分子动力学、体内蛋白质分布和结构、变形性细胞的形态和运动等。
总结：高分辨率成像技术在生命科学研究中占有重要地位，对生命科学研究做出了许多贡献。
高内涵超分辨一体化显微成像系统及方法[发明专利]
![高内涵超分辨一体化显微成像系统及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9d623163ac02de80d4d8d15abe23482fb4da020d.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910139659.8(22)申请日 2019.02.26(71)申请人 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所地址 215163 江苏省苏州市高新区科技城科灵路88号(72)发明人 巩岩 徐林钰 郎松 王宏伟 张艳微 (74)专利代理机构 北京远大卓悦知识产权代理事务所(普通合伙) 11369代理人 韩飞(51)Int.Cl.G02B 21/06(2006.01)G02B 21/36(2006.01)(54)发明名称高内涵超分辨一体化显微成像系统及方法(57)摘要本发明公开了一种高内涵超分辨一体化显微成像系统及方法，该系统包括：超分辨显微成像照明模块、高内涵成像照明模块、照明光路切换装置、显微成像模块及自动扫描与对焦模块；所述照明光路切换装置用于将所述超分辨显微成像照明模块或高内涵成像照明模块切换进系统中。
本发明同时具备高内涵成像和超分辨显微成像两种工作模式，具备智能细胞识别筛选与快速定位功能和二维、三维超分辨图像重构功能。
本发明通过大视场显微物镜对样品进行毫米级的“宏观”图像观测，系统对高通量图像进行精准分区编码、智能细胞筛选及感兴趣区域自动标记定位；随后切换到超分辨显微成像模式，采用结构光照明显微成像技术获得超分辨图像。
权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 109856789 A 2019.06.07C N 109856789A1.一种高内涵超分辨一体化显微成像系统，其特征在于，包括：超分辨显微成像照明模块、高内涵成像照明模块、照明光路切换装置、显微成像模块及自动扫描与对焦模块；所述超分辨显微成像照明模块包括超分辨显微成像光源模块和超分辨显微成像调制模块，所述超分辨显微成像调制模块用于对所述超分辨显微成像光源模块产生的光进行调制，提供超分辨显微成像光；所述高内涵成像照明模块用于产生高内涵成像光；所述照明光路切换装置用于将所述超分辨显微成像照明模块或高内涵成像照明模块切换进系统中。
多模态高速超分辨光学成像新技术及应用研究
多模态高速超分辨光学成像新技术及应用研究随着科学技术的不断进步，光学成像技术也在不断地发展和创新。
其中，多模态高速超分辨光学成像新技术成为了当前光学成像领域的热门研究方向之一。
该技术以其在成像速度、分辨率和信息提取等方面的优势，被广泛应用于生物医学、材料科学、环境监测等领域，为人类的科学研究和工程实践提供了强大的支持。
本文将对多模态高速超分辨光学成像新技术及其应用研究进行深入解析，以期为相关研究人员提供有益的参考和借鉴。
一、多模态高速超分辨光学成像新技术的基本原理多模态高速超分辨光学成像新技术是一种融合了多种成像模式的高速光学成像技术。
其基本原理包括以下几个方面：1. 多模态成像多模态成像是指同时利用多种不同成像模式对被研究对象进行成像。
常见的成像模式包括透射成像、反射成像、荧光成像、拉曼成像等。
通过同时应用多种成像模式，可以获取到目标的多方面信息，从而更全面地了解被研究对象的特性和性能。
2. 高速成像高速成像是指在极短的时间内对目标进行成像，以捕捉目标在瞬时变化过程中的状态。
高速成像通常需要借助高速相机或激光成像等技术手段，能够实时记录目标的运动轨迹和变化情况。
3. 超分辨成像超分辨成像是指通过提高光学成像系统的分辨率，以获得目标更加细致和清晰的图像。
超分辨成像技术通常包括了超分辨显微镜、准直束照明、光学超分辨成像等。
以上三个方面的技术手段相结合，构成了多模态高速超分辨光学成像新技术的基本原理。
这种技术融合了多种成像模式，具备了高速成像和超分辨成像的能力，能够在不同时间尺度和空间尺度上对目标进行全方位的观测和成像，为科学研究和工程应用提供了强大的支持。
二、多模态高速超分辨光学成像新技术的关键技术多模态高速超分辨光学成像新技术的实现离不开一系列关键技术的支持。
以下是其关键技术的主要内容：1. 高速相机技术高速相机是实现高速成像的重要设备，其成像速度和分辨率直接影响着多模态高速超分辨光学成像新技术的应用效果。
高分辨率成像技术在生命科学中的创新应用
高分辨率成像技术在生命科学中的创新应用生命科学研究涉及到对生物体内部结构和生物过程的观察和理解。
而高分辨率成像技术的出现，为研究人员提供了更加清晰、细致的图像，使得我们能够深入探究细胞结构、分子机制以及生物功能。
本文将着重介绍高分辨率成像技术在生命科学中的创新应用。
一、超分辨显微镜技术超分辨显微镜技术是一种通过对光信号进行精巧地控制和处理，实现超越传统光学分辨极限的成像手段。
其中，著名的技术包括结构光超分辨显微镜(SR-SIM)、闪烁瞬态显微镜(STED)和单分子荧光显微镜(SPALM)等。
结构光超分辨显微镜（SR-SIM）技术通过修改样本在光栅照射下的反射特性，使用模拟和数字处理的方法，实现对超过传统光学分辨极限的成像。
这种技术在细胞结构观察中具有较高的适用性。
通过SR-SIM技术，我们能够观察到细胞内亚细胞结构的变化和分布情况，进一步揭示细胞功能和相互作用的细节。
闪烁瞬态显微镜（STED）技术利用激光脉冲对样本进行局部不连续激发，实现对超分辨显微成像的方法。
STED技术能够将脉冲激发能量降低到非常低的水平，从而减少像素点之间的耦合效应，提高成像的分辨率。
该技术在观察蛋白质的空间分布、细胞膜的形态学特征和细胞内某些受体的活性状态中有着广泛的应用。
单分子荧光显微镜（SPALM）技术基于荧光标记的单个分子，在控制温度和荧光光子计数等因素的条件下，通过精确探测单个荧光标记的位置来重建样本的分辨率。
该技术在细胞信号转导、受体激活以及蛋白质交互作用的研究中有着广泛的应用。
二、电子显微镜技术电子显微镜技术在生命科学中也有着重要的应用。
相比光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率，可以观察到纳米级的生物细节和结构。
透射电子显微镜（TEM）技术可以观察到细胞、亚细胞结构甚至是蛋白质分子的高分辨率图像。
通过该技术，研究人员可以研究细胞内部的结构、有机物的成分和各种细胞器的形态。
TEM技术对于生物医学研究来说具有重要意义，在药物递送、肿瘤研究以及病原体的培养和观察等方面有着广泛的应用。
太赫兹超分辨率成像研究进展
太赫兹超分辨率成像研究进展曹丙花 张宇盟 范孟豹 孙凤山 刘林Research progress of terahertz super-resolution imagingCAO Bing-hua, ZHANG Yu-meng, FAN Meng-bao, SUN Feng-shan, LIU Lin引用本文:曹丙花,张宇盟,范孟豹,孙凤山,刘林. 太赫兹超分辨率成像研究进展[J]. 中国光学, 优先发表. doi: 10.37188/CO.2021-0198 CAO Bing-hua, ZHANG Yu-meng, FAN Meng-bao, SUN Feng-shan, LIU Lin. Research progress of terahertz super-resolution imaging[J]. Chinese Optics, In press. doi: 10.37188/CO.2021-0198在线阅读 View online: https:///10.37188/CO.2021-0198您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in超分辨率成像荧光探针材料应用进展Advances in application of materials of super-resolution imaging fluorescent probe中国光学. 2018, 11(3): 344 https:///10.3788/CO.20181103.0344基于太赫兹量子级联激光器的实时成像研究进展Progress in real-time imaging based on terahertz quantum-cascade lasers中国光学. 2017, 10(1): 68 https:///10.3788/CO.20171001.0068太赫兹数字全息术的研究进展Recent advances in terahertz digital holography中国光学. 2017, 10(1): 131 https:///10.3788/CO.20171001.0131结构光照明超分辨光学显微成像技术与展望Structured illumination super-resolution microscopy technology: review and prospect中国光学. 2018, 11(3): 307 https:///10.3788/CO.20181103.0307双色荧光辐射差分超分辨显微系统研究Dual-color fluorescence emission difference super-resolution microscopy中国光学. 2018, 11(3): 329 https:///10.3788/CO.20181103.0329室内人体隐匿物被动太赫兹成像研究进展Overview of passive terahertz imaging systems for indoor concealed detection中国光学. 2017, 10(1): 114 https:///10.3788/CO.20171001.0114文章编号 2095-1531（xxxx ）x-0001-13太赫兹超分辨率成像研究进展曹丙花1 *，张宇盟1，范孟豹2，孙凤山2，刘 林3（1. 中国矿业大学 信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221000；2. 中国矿业大学 机电工程学院, 江苏 徐州 221000；3. 北京航天计量测试技术研究所, 北京 100076）摘要：目前太赫兹(Terahertz, THz)成像技术在许多领域被视为最前沿技术之一，并在近二十年的发展中取得了巨大进步。
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6
2.EGFR的质膜成簇分布
表皮生长因子受体（Epidermal growth factor receptor, EGFR）是一种主 要定位于细胞膜的跨膜受体酪氨酸激酶，其配体是EGF 生长因子家族 的成员，比如EGF或TGFα。
促进DNA合成 和细胞增殖， 调控细胞迁移、 存活、黏附以 及抗凋亡等生 命过程
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STAT入核过程
生长因子/细胞因子与受体结合 STAT被JAK或PTK磷酸化 聚合为同源或异源二聚体 进入细胞核 与靶基因特定位点结合 促进转录 发育、增殖、免疫、存活……
Reich, N. C., et.al, Nat. Rev. Immunol., 2006
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细胞周期和同步化处理
细胞周期概念图 细胞同步化
N端保守序列(ND)、卷曲结构域(COILED COIL)、DNA结合区(DNA)、涉及转 录的连接区(LD)、SH2结构域(SH2)、转录激活区(TAD)；所有STAT蛋白均有 Tyr磷酸化位点，STATs 1, 3, 4, 5A和5B还有Ser磷酸化位点。
Horvath, C. M., et.al, TiBS, 2000
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4.不同细胞周期下STAT1的胞内定位
STAT 简介
Signal transducer and activator of transcription 信号传导和转录激活因子 家族成员：
STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5A, STAT5B和STAT6
蛋白结构和功能域：
NL
EGFR蛋白以Alexa647偶联的CetuximБайду номын сангаасb单抗标记 标尺：10 μm
9
10
COS-7细胞上EGFR分布
标尺：10 μm
11
小结
EGFR在细胞膜上以蛋白簇的形式存在。
EGFR蛋白簇在不同细胞表面的分布和形态不同，在人肺癌 细胞上蛋白簇的数目比正常肺细胞上多，尺寸也更大。
EGFR蛋白簇在同一种细胞的不同表面分布情况也不同，上 表面形成的蛋白簇与下表面相比更多更大，而悬浮细胞膜 上EGFR的簇数目和尺寸则介于二者之间，表明细胞极性和 外界环境因素对EGFR成簇均有影响。
光激活定位显微镜(PALM)
4
超分辨定位显微镜的机理
van de Linde, S., et al. Chem. Biol, 2013
5
超分辨显微镜的应用
分别用Alexa Fluor532和Alexa Fluor647双标微管，进行双色 dSTORM成像
A. Lampe, et.al, Biol. Cell, 2012
17
18
离子型蛋白-磷脂相互作用介导的EGFR成簇模型
19
小结
双色成像显示 EGFR 与脂筏共定位，表明脂筏在 EGFR 成簇 中起一定作用。 酸性磷脂PIP2参与介导了EGFR蛋白簇的形成。 EGFR富含正电荷氨基酸残基的近膜区 (JM区)通过结合PIP2 分子与质膜相互作用，在EGFR成簇和信号激活过程中有重 要作用。
Citri, A. et al., Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2006
7
EGFR结构及其激活过程
Endres NF, et. al., Curr. Opin. Struct. Biol., 2011
8
EGFR质膜上成簇分布
人肺癌细胞 (LC)
LC
正常肺上皮细胞 (NL)
胸腺嘧啶核苷(TdR)双 阻断法，使细胞处于 G1/S期交界处，不同时 间点收集即得不同周期 的细胞
23
STAT1在间期细胞内的分布
刺激前 加EGF刺激使其入核
标尺：10 μm 和 2 μm
24
STAT1在分裂期细胞内的分布
前期
中期
后期
末期
标尺：10 μm
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不同细胞周期下STAT1的胞内定位
利用超分辨显微镜研究
蛋白质分布及定位
报告人：高 婧
指导老师：王宏达 研究员
单位：中国科学院长春应用化学研究所
2015. 6. 10
内容纲要
1. 研究背景
2. EGFR的质膜成簇分布
3. EGFR成簇的调控机制 4. 不同细胞周期下STAT1的胞内定位
2
1. 研究背景
光学显微镜的分辨极限
在 x-y 水平方向上， PSF的FWHM约为 △xy≈0.61λ/NA
Bo Huang, et al. Cell, 2010
3
超分辨显微镜的简介
• 利用图样式照明实现超分辨成像
受激发射损耗显微镜(STED) 饱和结构照明显微镜(SSIM) 可逆的饱和光学线性荧光跃迁显微镜(RESOLFT)
•另一种是基于单个荧光分子的定位
(直接)随机光学重建显微镜(STORM, dSTORM)
a. 不同周期下STAT1蛋 白水平变化 b. 核内与胞质内STAT1 蛋白数目比率变化 c. 蛋白免疫印迹检测 STAT1蛋白水平
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STAT1蛋白簇特征分析
簇数目
簇尺寸
27
小结
在细胞周期各个阶段，整个细胞内都有 STAT1 的蛋白簇， 推测为STAT1寡聚体或与其他家族成员形成的异聚体。 从G1到G2这一间期过程，蛋白簇的数目和尺寸都在不断增 加，而转录就发生在这一阶段，表明转录和细胞周期的其 他生命活动促进了 STAT1 蛋白簇的形成，缩短蛋白之间距 离，有利于快速的信号传导。 为进一步研究细胞周期调控的信号分子成簇机制打下基础。
12
3. EGFR成簇机理的调控
EGFR蛋白簇与脂筏共定位
标尺： 10 μm 和 200 nm
13
MβCD破坏脂筏影响EGFR蛋白簇
apical
basal
标尺：10 μm
14
PIP2参与调控EGFR蛋白簇形成
EGFR PIP2
1
2
3
dSTORM与PALM双色成像COS-7细胞膜上PIP2与EGFR簇
EGFR：Alexa647偶联Cetuximab标记
PIP2: PH-PLCδ-mEos3.2标记 标尺： 10 μm 和 200 nm
15
水解PIP2抑制EGFR蛋白簇形成
Ctrl SJ2
标尺： 10 μm
16
JM区与PIP2的结合介导EGFR成簇
293T cell
WT PM DM
标尺： 10 μm