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光片荧光显微成像技术的发展及应用(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第6期61卷 300-307页

作者：周瑶费鹏华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074 湖北省高端生物医学成像重大科技基础设施湖北武汉430074

近几十年来,光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新,显著提升了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术,光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本,大大提高了光子利用效率,降低... 详细信息

近几十年来,光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新,显著提升了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术,光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本,大大提高了光子利用效率,降低了光毒性,并显著提升了成像速度。光片显微镜问世以来,其在生命科学研究中的应用范围逐渐拓宽,从胚胎学、神经科学到肿瘤研究等多个领域均有所涉及,不仅可用于观察细胞和组织的基本结构,还可用于实时监测生物过程中的动态变化。同时,其跨尺度的特点使其适用于从宏观到微观的多个尺度上的观察。本文综述了光片显微镜在高通量成像、超分辨成像以及易用性方面的应用及发展,旨在为生命科学研究人员提供全面的了解和参考,推动光片显微镜在更多领域的应用和发展。

关键词：荧光显微成像光片荧光显微镜高通量成像超分辨成像

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光片荧光显微成像技术的发展及应用

激光与光电子学进展 2024年

作者：周瑶费鹏华中科技大学光学与电子信息学院湖北省高端生物医学成像重大科技基础设施

近几十年来，光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新，显著提高了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术，光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本，大大提高了光子利用效率，... 详细信息

近几十年来，光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新，显著提高了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术，光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本，大大提高了光子利用效率，降低了光毒性，并显著提升了成像速度。光片显微镜问世以来，其在生命科学研究中的应用范围逐渐拓宽，从胚胎学、神经科学到肿瘤研究等多个领域均有所涉及，不仅可用于观察细胞和组织的基本结构，还可用于实时监测生物过程中的动态变化。同时，其跨尺度的特点使其适用于从宏观到微观的多个尺度上的观察。本文综述了光片显微镜在高通量成像、超分辨成像以及易用性方面的应用及发展，旨在为生命科学研究人员提供全面的了解和参考，推动光片显微镜在更多领域的应用和发展。

关键词：荧光显微成像光片荧光显微镜高通量成像超分辨成像

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光片荧光显微成像技术的发展及应用（特邀）

激光与光电子学进展 2024年第6期 310-317页

作者：周瑶费鹏华中科技大学光学与电子信息学院湖北省高端生物医学成像重大科技基础设施

近几十年来，光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新，显著提升了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术，光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本，大大提高了光子利用效率，... 详细信息

近几十年来，光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新，显著提升了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术，光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本，大大提高了光子利用效率，降低了光毒性，并显著提升了成像速度。光片显微镜问世以来，其在生命科学研究中的应用范围逐渐拓宽，从胚胎学、神经科学到肿瘤研究等多个领域均有所涉及，不仅可用于观察细胞和组织的基本结构，还可用于实时监测生物过程中的动态变化。同时，其跨尺度的特点使其适用于从宏观到微观的多个尺度上的观察。本文综述了光片显微镜在高通量成像、超分辨成像以及易用性方面的应用及发展，旨在为生命科学研究人员提供全面的了解和参考，推动光片显微镜在更多领域的应用和发展。

关键词：荧光显微成像光片荧光显微镜高通量成像超分辨成像

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多尺度光片荧光显微成像技术及其应用研究

多尺度光片荧光显微成像技术及其应用研究

作者：王鹏华中科技大学

学位级别：硕士

由于光片自身厚度与瑞利距离之间存在负相关的制约关系,超高的分辨率与极限的通量往往不可兼得,所以光片显微成像系统通常只针对某一个特定尺度的应用场景进行设计搭建以满足其成像需求。因此,能够兼容单细胞尺度的超高分辨率成像、全... 详细信息

由于光片自身厚度与瑞利距离之间存在负相关的制约关系,超高的分辨率与极限的通量往往不可兼得,所以光片显微成像系统通常只针对某一个特定尺度的应用场景进行设计搭建以满足其成像需求。因此,能够兼容单细胞尺度的超高分辨率成像、全器官尺度的高通量成像等多种应用场景、实现多尺度成像的光片显微成像系统一直是科研工作者和工程师们致力于研究开发的目标。本文围绕一种双环调控产生低旁瓣静态贝塞尔光片的方法在光片系统的设计、搭建、测试和成像几个方面展开探索研究,构建了一种多尺度光片显微成像系统,其能够可调节地产生0.4μm到5μm之间不同厚度类型的静态光片。根据不同尺度的成像需求在该系统上进行相关的应用研究,设计了两种不同尺度应用场景下的成像策略以完成具体的图像采集任务。一方面利用光片轴向扫描与探测相机的卷帘曝光模式同步来实现超薄500 nm光片成像视野的数倍扩增,以此完成膨胀细胞器三维超分辨数据的高效采集(膨胀倍率4倍,横向/轴向光学分辨率280 nm/500 nm)。另一方面结合先进的透明化方法与包埋切削工艺摆脱了扫描深度与成像视野的限制,提出扫描-步进-切削的成像模式用以完成对透明化鼠脑全脑图像数据的高通量获取(THY1-GFP-M转基因鼠脑,采集倍率11.1倍,采集帧率60 fps,成像视野1.2 mm×0.6 mm)。该系统的设计及应用研究以在同一系统上实现单细胞尺度超高分辨率成像与全器官尺度高通量成像为出发点,旨在为生物医学工作者提供一种快速获取不同尺度样本三维结构信息的工具,希望该系统的架构体系能够不断完善以适用更多的应用场景。

关键词：光片显微镜多尺度成像超分辨成像高通量成像

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高通量快速傅里叶叠层显微成像技术研究进展

红外与激光工程 2019年第6期48卷 170-188页

作者：潘安姚保利(指导) 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 中国科学院大学北京100049 山西大学极端光学协同创新中心山西太原030006

傅里叶叠层显微术(Fourier ptychographic microscopy,FPM)是一极具前景的计算成像技术,它具有高分辨率、大视场、无标记和定量相位等优势。由于它灵活的系统、高对比度的成像结果、无需干涉装置和光源机械扫描部件,在数字病理学、体外... 详细信息

傅里叶叠层显微术(Fourier ptychographic microscopy,FPM)是一极具前景的计算成像技术,它具有高分辨率、大视场、无标记和定量相位等优势。由于它灵活的系统、高对比度的成像结果、无需干涉装置和光源机械扫描部件,在数字病理学、体外细胞无标记观察和实时监测等方面得到了大量的研究和应用。文中主要介绍了FPM技术的系统误差校正方法、基于FPM的高通量显微成像和高速显微成像技术研究的基本原理、研究现状和最新进展,提出了目前面临的问题以及未来的发展趋势。

关键词：傅里叶叠层显微术高通量成像相位恢复计算成像

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幼年斑马鱼中条件刺激的视觉特性调节操作者学习的研究

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幼年斑马鱼中条件刺激的视觉特性调节操作者学习的研究

作者：杨文斌中国科学技术大学

学位级别：硕士

大脑如何表现学习行为和形成记忆是神经科学中一个长期存在的基本问题。研究人员已经建立了许多学习行为的行为范式,例如经典学习-将一种中性刺激与一种奖赏或者惩罚建立联系和操作者学习-将动物的行为与其行为的结果建立联系。然而,学... 详细信息

大脑如何表现学习行为和形成记忆是神经科学中一个长期存在的基本问题。研究人员已经建立了许多学习行为的行为范式,例如经典学习-将一种中性刺激与一种奖赏或者惩罚建立联系和操作者学习-将动物的行为与其行为的结果建立联系。然而,学习范例主要针对小鼠和其他哺乳动物。近年来斑马鱼幼鱼由于其较小的脑体积和丰富的行为模式而逐渐成为一种很有前景的研究学习记忆行为机制的模式生物。此外,研究人员还开发了遗传工具,如斑马鱼中的GAL4/UAS系统。在大多数情况下,可以容易地进行遗传学和光学操作。这里,我们报道一个斑马鱼幼鱼的高通量操作者行为训练系统。该系统可以同时全自动地同时训练12条幼鱼将视觉刺激与电刺激建立联系。我们通过计算鱼在CS区所处的时间比例以及其转向行为,发现学习行为反应受到视觉对比度,而不是条件刺激图案几何纹理的调节,与背景对比越强的条件刺激图案的学习反应越强。通过进一步的用位置指数描述其学习曲线,我们证明了学会的鱼的百分比会随着条件刺激图案颜色变深而加强。我们同时用记忆长度量化了我们的操作者学习任务中的记忆消退,并发现条件刺激图案和背景之间越低的视觉对比度能引起更多具有记忆消退的鱼。此外,野生型AB鱼和elavl3:H2B-GCaMP6f的操作者学习反应差异并不明显。最后,我们构思了一个未来的研究方向,将自由游动斑马鱼的成像与学习行为范式相结合,以监测潜在的神经活动。最终,我们想要了解这个学习过程在全脑环路层面的神经机制。

关键词：斑马鱼幼鱼行为神经科学学习视觉高通量成像自动图像处理