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超分辨荧光显微镜中的解卷积技术及应用（特邀）

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中国激光 2024年第1期 322-337页

作者：赵唯淞黄园园韩镇谦曲丽颖李浩宇陈良怡哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院北京大学未来技术学院

超分辨荧光显微镜突破了光学衍射极限造成的空间分辨率限制，使得生物学家能够在生命体和细胞具有活性的状态下，对其功能与结构进行高精度动态记录，有望揭示更多重要的生命现象细节。然而，由于超分辨荧光显微技术的成像视场、深度、... 详细信息

超分辨荧光显微镜突破了光学衍射极限造成的空间分辨率限制，使得生物学家能够在生命体和细胞具有活性的状态下，对其功能与结构进行高精度动态记录，有望揭示更多重要的生命现象细节。然而，由于超分辨荧光显微技术的成像视场、深度、分辨率、速度等不易兼得，所以解卷积作为一种最有效且直接的求解逆问题的框架，被广泛应用于增强超分辨显微镜的时空分辨率。研究人员聚焦于通过相应算法设计实现高质量显微图像的重建，在一定程度上克服了超分辨荧光显微镜的硬件限制，可以更好地恢复生物信息。本文首先介绍了解卷积方法的基本原理及其发展历程，接着列举了不同解卷积技术在不同模态下的重建原理和效果以及这些技术在生物学上的应用，最后总结了基于深度学习的解卷积方法在超分辨荧光显微镜技术上的最新进展和未来的发展潜力，并对包括傅里叶环相关的定量评估图像重建质量的方法的最新进展进行了阐述。

关键词：显微解卷积超分辨显微镜活细胞成像计算成像荧光显微镜

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超分辨荧光显微镜中的解卷积技术及应用

中国激光 2023年

作者：赵唯淞黄园园韩镇谦曲丽颖李浩宇陈良怡北京大学未来技术学院哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院

超分辨荧光显微镜突破了光学衍射极限造成的空间分辨率限制，使得生物学家能够在生命体和细胞具有活性的状态下，对其功能与结构进行高精度动态记录，有望揭示更多重要的生命现象细节。然而，由于超分辨荧光显微技术的成像视场、深度、分辨率、速度等不易兼得，所以解卷积作为一种最有效且直接的求解逆问题的框架，被广泛应用于增强超分辨显微镜的时空分辨率。研究人员聚焦于通过相应算法设计实现高质量显微图像的重建，在一定程度上克服了超分辨荧光显微镜的硬件限制，更好地恢复生物信息。本文首先介绍了解卷积方法的基本原理以及相应发展历程，其次列举了不同解卷积技术在不同模态下的重建原理与效果及相应生物学应用，最后总结了基于深度学习的解卷积方法在超分辨荧光显微镜技术上的最新进展和未来发展的潜力，并对包括傅里叶环相关的定量评估图像重建质量方法的最新进展进行了阐述。

关键词：解卷积超分辨显微镜活细胞成像计算成像荧光显微镜

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结构光照明显微镜重建算法研究进展

中国光学（中英文） 2022年第6期15卷 1211-1227页

作者：周博王昆浩陈良怡北京大学未来技术学院分子医学研究所北大-清华生命科学联合中心膜生物学国家重点实验室心脏代谢分子医学北京市重点实验室北京100871 华南师范大学生物光子学院激光生命科学教育部重点实验室广东广州510631 北京大学IDG麦戈文脑科学研究所北京100871 北京人工智能研究院北京100871 国家生物医学成像科学中心北京100871

作为现代超分辨成像技术的早期组成部分,结构照明显微镜(SIM)已经发展了近20年。其近期在活细胞中实现了高达60 nm和564 Hz的最佳时空分辨率组合,但也存在一些源于内在重建过程的缺点。本文综述了SIM技术的最新进展,包括超分辨率(SR)重... 详细信息

作为现代超分辨成像技术的早期组成部分,结构照明显微镜(SIM)已经发展了近20年。其近期在活细胞中实现了高达60 nm和564 Hz的最佳时空分辨率组合,但也存在一些源于内在重建过程的缺点。本文综述了SIM技术的最新进展,包括超分辨率(SR)重建算法、性能评估及SIM与其他成像技术的集成,以便为生物学家提供实用指导。

关键词：结构光照明显微镜超分辨率成像

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自适应光学技术在深层动态荧光显微成像中的应用和发展

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红外与激光工程 2016年第6期45卷 9-15页

作者：毛珩 Tao Louis 陈良怡北京大学数学科学学院北京100871 北京大学生命科学学院北京100871 北京大学分子医学所北京100871

荧光显微成像技术是开展微观生命科学研究的重要手段和工具,使用该技术可以观察生物体内的精细结构、动态追踪生物体内组织、细胞、细胞核、蛋白、小分子等不同尺度的生命活动过程。其中,研究深层组织高时空分辨率荧光显微成像技术,是... 详细信息

荧光显微成像技术是开展微观生命科学研究的重要手段和工具,使用该技术可以观察生物体内的精细结构、动态追踪生物体内组织、细胞、细胞核、蛋白、小分子等不同尺度的生命活动过程。其中,研究深层组织高时空分辨率荧光显微成像技术,是当前成像领域一个前沿问题。应用自适应光学技术实时补偿经由不透明散射、非均匀生物组织传播而引入的复杂波前畸变已被证实是实现上述技术的一种有效途径。文中首先归纳了深层动态荧光显微成像的需求和特点,随后分别介绍了自适应光学技术近几年在共聚焦显微成像、随机光学重构显微成像、光激活定位显微成像、受激辐射光淬灭显微成像、双光子/多光子激发显微成像中的相关应用,并对今后的研究问题和发展方向提出展望。

关键词：荧光显微成像自适应光学深层组织波前传感波前校正

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SH-SY5Y细胞的钙缓冲研究

中国应用生理学杂志 2001年第4期17卷 352-355页

作者：叶琴陈良怡瞿安连徐涛华中理工大学生物物理与生物化学研究所湖北武汉430074

目的 :研究SH SY5Y神经杂交瘤细胞的钙缓冲能力。方法 :通过膜片钳手段 ,测量未分化的SH SY5Y细胞钙离子通道电流 ;并应用显微荧光测量游离钙离子浓度和高钾去极化的方法 ,研究胞内Ca2 + 浓度上升后浓度恢复的动力学过程。结果 :未分化... 详细信息

目的 :研究SH SY5Y神经杂交瘤细胞的钙缓冲能力。方法 :通过膜片钳手段 ,测量未分化的SH SY5Y细胞钙离子通道电流 ;并应用显微荧光测量游离钙离子浓度和高钾去极化的方法 ,研究胞内Ca2 + 浓度上升后浓度恢复的动力学过程。结果 :未分化的SH SY5Y细胞存在钙离子通道电流 ;在刺激时间间隔较短时 (15 0s时 ,缓冲物质则可以基本恢复使得胞内钙的恢复过程基本保持不变。结论

关键词：钙通道钙缓冲蛋白 SH-SY5Y细胞胞内钙浓度

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运用结构光照明的活细胞超高分辨率成像技术

中国科学：生命科学 2015年第9期45卷 903-904页

作者：陈良怡北京大学分子医学研究所北京100871

进入21世纪以来出现了多种超高分辨率荧光成像技术,打破了光学分辨率的极限,将光学分辨率提高到几十纳米的尺度,可以用来观察精细的细胞内器官的结构和位置信息,因此被广泛地应用于生物学研究中.超高分辨率荧光成像技术主要分为三大类,... 详细信息

进入21世纪以来出现了多种超高分辨率荧光成像技术,打破了光学分辨率的极限,将光学分辨率提高到几十纳米的尺度,可以用来观察精细的细胞内器官的结构和位置信息,因此被广泛地应用于生物学研究中.超高分辨率荧光成像技术主要分为三大类,基于受激发射光淬灭（stimulated emission depletion,STED）技术,

关键词：光学分辨率结构光荧光成像光淬灭高分辨率成像超高分辨率位置信息成像术受激发射定位技术

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光片荧光显微成像

光学学报 2017年第3期37卷 64-71页

作者：杨豫龙宗伟建吴润龙陈良怡北京大学分子医学研究所膜生物学国家重点实验室北京100871

在过去的20年,激光扫描共聚焦显微镜一直是在细胞水平和亚细胞水平上观察生命活动的标准工具,但是基于针孔的共聚焦显微镜的光学层切是以牺牲焦平面以外的被激发的荧光色团和较大的光毒性为代价的。作为一种新型的荧光显微镜,光片荧光... 详细信息

在过去的20年,激光扫描共聚焦显微镜一直是在细胞水平和亚细胞水平上观察生命活动的标准工具,但是基于针孔的共聚焦显微镜的光学层切是以牺牲焦平面以外的被激发的荧光色团和较大的光毒性为代价的。作为一种新型的荧光显微镜,光片荧光显微镜采用侧向照明的方式,对样品直接进行面成像。相对于点扫描的成像方式,光片显微镜成像速度远远高于激光扫描共聚焦显微镜,使得研究一些高速的精细生命活动过程成为了可能。光片荧光显微镜的另外一个优点是只有光片处的样品才会被激发,处于光片以外的样品则不会被激发,因此光毒性较小,使得人们能够在更长的时间尺度下观察样品。正是由于光片荧光显微镜特殊的照明和成像方式,才使其在大样本的三维高速成像中起到不可替代的作用。本文简要回顾了光片荧光显微镜发展的历史及研究现状,旨在为该领域的科研人员对光片荧光显微镜的现状及未来发展方向提供个人理解。

关键词：显微荧光成像光片照明显微成像光毒性

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线粒体和细胞内钙自稳平衡

生物化学与生物物理进展 2000年第5期27卷 483-488页

作者：陈良怡邹寿彬康华光华中理工大学生物物理与生物化学研究所武汉430074

线粒体对胞浆钙信号调节作用的研究已经历较长时间 .近年 ,随着研究方法和技术的不断改进 ,发现在绝大多数生理条件下 ,线粒体都能参与胞内钙通信过程 .线粒体可感受其周围钙微区的存在从而摄取钙 ,又可以通过钠钙交换和大分子孔道将... 详细信息

线粒体对胞浆钙信号调节作用的研究已经历较长时间 .近年 ,随着研究方法和技术的不断改进 ,发现在绝大多数生理条件下 ,线粒体都能参与胞内钙通信过程 .线粒体可感受其周围钙微区的存在从而摄取钙 ,又可以通过钠钙交换和大分子孔道将钙释放出来 ,因此可以调节胞浆钙信号的时空特性 ,影响相关的细胞功能 .但是 ,由于技术上的局限性 ,目前的研究仍然存在模糊不清和自相矛盾之处。

关键词：线粒体钙自稳平衡钙微区钠-钙交换钙信号

银杏叶提取物在大鼠脑缺血再灌注损伤中的保护作用

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中国中西医结合杂志 2003年第6期23卷 436-440页

作者：胡波孙圣刚梅元武陈良怡童萼塘华中科技大学同济医学院附属协和医院神经科武汉430022 华中科技大学生物化学与生物物理研究所

目的:研究银杏叶提取物(GbE)对大鼠脑缺血再灌注损伤皮质内自由基、氨基酸动态平衡的影响及其对原代培养的大鼠海马神经元内游离钙离子浓度([Ca^(2+)]i)的影响和特征。方法:采用高压液相色谱仪测量大鼠大脑皮质中氨基酸(Glu、Asp、GABA... 详细信息

目的:研究银杏叶提取物(GbE)对大鼠脑缺血再灌注损伤皮质内自由基、氨基酸动态平衡的影响及其对原代培养的大鼠海马神经元内游离钙离子浓度([Ca^(2+)]i)的影响和特征。方法:采用高压液相色谱仪测量大鼠大脑皮质中氨基酸(Glu、Asp、GABA、Gly)的浓度;MDA和GSH-Px采用TBA法测量,SOD采用嘌呤法测量。使用显微荧光检测系统检测单个原代培养的海马神经元内游离钙离子浓度([Ca^(2+)]i)的变化和特征。结果:与非治疗组比较,GbE各浓度治疗组的缺血大脑皮质内Glu、Asp和MDA含量在各时间观察点(缺血3h、缺血再灌注1h和缺血再灌注2h)均明显降低(P<0.01或P<0.05),而SOD和GSH-Px含量则在各时间观察点均明显升高(P<0.01或P<0.05);GbE 10mg/kg、15mg/kg治疗组缺血大脑皮质内的GA-BA和Gly含量在各时间观察点均有所降低(P<0.05)。与GbE 5mg/kg治疗组比较,GbE 10mg/kg、15mg/kg治疗组大脑皮质内的Glu、Asp和MDA含量在各时间观察点较低(P<0.05),而GABA、Gly、SOD和GSH-Px含量则较高(P<0.05);GbE 10mg/kg治疗组与15mg/kg治疗组之间差异无显著性。当向原代培养的神经元同时给予谷氨酸1×10^(-5)mol/L和GbE 25μg/ml 20s时所诱导的〔Ca^(2+)〕i明显低于单独使用谷氨酸1×10^(-5)mol/L所诱导的[Ca^(2+)]i变化,其峰值明显下降,且?

关键词：脑缺血再灌注损伤银杏叶提取物自由基氨基酸游离钙