科研进展简报

超分辨光学成像研究取得新进展——基于分而治之策略的实时高密度分子定位方法

来源:pc蛋蛋神策网在线预测99    作者:生物医学光子学功能实验室    发布时间:2019年07月30日    浏览:365次

        超分辨荧光成像是本世纪显微光学成像领域最重要的突破之一,被授予了2014年诺贝尔化学奖。其中,超分辨定位成像是一种代表性的超分辨荧光成像技术。该技术将单分子荧光成像与高精度分子定位算法相结合,在较简单的光学成像系统上,实现了20~30 nm的超高空间分辨率,为生物医学研究提供了前所未有的机会。

        超分辨定位成像具有稀疏激发和稀疏定位的特性,通常需要采集几千甚至数万张原始图像来获得足够多的定位分子数量,以保证高采样频率。因此,每个视场的成像时间长达几十秒甚至数分钟,限制了该方法在高通量成像(通常需要数百个视场)中的应用能力。近年来,研究人员提出了高密度分子定位方法。该方法允许单张原始图像内出现更多的分子,可以在更少的原始图像张数内累计足够多的定位分子,从而提高了超分辨定位成像的时间分辨率。但是,目前所报道的高密度分子定位方法,计算速度普遍很慢,只适用于小视场原始图像的离线处理,大大限制了该技术在高通量成像中的应用。

        在pc蛋蛋神策网在线预测99Britton Chance生物医学光子学研究中心黄振立教授的指导下,2015级博士生李路长等人开发了快速最大似然定位(MLE)算法、加权MLE 定位算法和多分子 MLE 定位算法,并采用了分而治之的策略将荧光分子子区域分配给不同的MLE定位算法进行处理,从而开发新型快速高密度分子定位方法QC-STORM。该方法获得了与同类方法相近的空间分辨率,并在速度上获得三到四个数量级的提升,实现了100 μm × 100 μm视场和10 ms曝光时间的高密度成像数据实时处理,有望用于推动高通量超分辨定位成像的发展。该研究成果以论文“Divide and conquer: real-time maximum likelihood fitting of multiple emitters for super-resolution localization microscopy”发表在2019年7月22日Optics Express, Vol. 27, Iss. 15, pp. 21029-21049。



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图. 三种高密度分子定位方法的数据处理结果比较。

 


 

 


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