超分辨成像技术原理及应用.pdf

光电信息科学与工程 专业认知调研报告 题 目： 超分辨成像技术原理及应用 姓 名： 黄璐哲 袁姝赟 袁逸凡 专 业： 光电信息科学与工程学院 时 间： 2016 年 7 月 超分辨成像技术原理及应用 摘要：传统荧光显微镜的分辨率受到光学衍射极限的限制。本世纪以来，新出现的超分辨光 学成像技术突破了阿贝极限理论的限制，进一步提升了光学显微镜的分辨率。 STED,PALM,STORM,PSTM 等超分辨技术为生命科学等学科提供了前所未有的工具。本文 归纳了几种主流的超分辨光学成像技术，就近场超分辨与远场超分辨两方面解释其技术原理， 介绍其主要在生命科学学科研究中的应用现状与前景。 关键词：阿贝极限，超分辨，成像，STED，PALM Abstract ：The resolution of traditional fluorescence microscope is under the optical diffraction limit. Since this century, the emerging super-resolution optical imaging technology has been beyond the Abbes diffraction limit, improving the resolution of optical microscope remarkably. Super-resolution optical imaging technology such as STED,PALM,STORM,PSTM provide a brand-new tool to bioscience. We conclude several super-resolution optical imaging technologies, and explain their principle in two aspects of Far-field optical microscopy and Near-field optical microscopy, introducing their main application and prospect in bioscience. Key words ：阿贝极限，超分辨，成像，STED，PALM 2014 年诺贝尔化学奖给了三个物理学家：艾力克·贝齐格（Eric Betzig ）、斯特凡·W ·赫 尔（Stefan W. Hell）和W ·E ·莫纳（W. E. Moerner ），以表彰他们对于发展超分辨率荧光 显微镜做出的卓越贡献。他们的突破性工作使光学显微技术进入了纳米尺度，从而使科学家 们能够观察到活细胞中不同分子在纳米尺度上的运动。 1．瑞利判据及阿贝极限 瑞利判据（RayleighCriterion ）如果一个点光源的衍射图象的中央最亮处刚好与另一个 点光源的衍射图象第一个最暗处相重合，认为这两个点光源恰好能为这一光学仪器所分辨。 图1 瑞利判据 据此,1873 年，物理学家恩斯特·阿贝（Ernst Abbe ）得出结论：传统的光学显微镜分辨 率有一个物理极限，即所用光波波长的一半（大概是0.2 微米，即200 纳米），即著名的阿 贝衍射极限(Abbe’s diffraction limit） 0.61 Δx = 2 传统的超分辨技术 2.1 共聚焦显微镜 Confocal （共聚焦显微镜）是一种比较成熟的超分辨技术。其采用点光源照射标本，在 焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点，该点被照射后发出的荧光被物