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我国超分辨光学成像研究取得新进展

2012-06-21 10:18
苏子言岁月
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  超分辨光学成像是本世纪光学显微成像领域最重要的突破。其中,基于单分子定位的超分辨光学成像技术(即:单分子定位显微术),是一种依赖于单分子荧光成像和定位来实现超分辨成像的技术,为生命科学研究提供了前所未有的工具。从原理可知,荧光分子定位是该技术不可缺少的一步,定位的精度和速度决定了单分子定位显微术的时空分辨率。一直以来,极大似然法(MLE)是单分子定位显微术的首选定位算法,但其定位速度较慢,即使结合GPU并行处理,也无法满足新型高速弱光探测器sCMOS的在线处理要求。因此,有必要发展新的定位算法,在保证定位精度的前提下,极大地提高定位速度。

  武汉光电国家实验室(筹)Britton Chance生物医学光子学研究中心黄振立教授与博士生马洪强等人发现,显微光学成像系统的响应函数(PSF)普遍具备辐射对称性,若利用该系统进行单分子成像,单分子区域内像素梯度均会指向单分子发光中心,所以对应像素的辐射线也会通过发光中心(图1)。因此,针对带噪单分子图像,可以通过求取一个亚像素点,使之与单分子区域每个像素的辐射线的偏差最小来进行单分子定位。利用辐射对称性发展起来的代数算法-极大辐射对称法(MRSE),其定位速度是极大似然法的1000倍以上(表 1),同时其定位精度趋近于极大似然法。该研究成果已在Optics Letters上发表(Vol. 37, No. 13 , pp. 2481-2483, 2012)。

图1 MRSE方法的原理:(a)单分子区域图像;(b)对应点到单分子像素辐射线的偏差

图2 MRSE与传统方法的定位速度比较

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