虚拟结构光照明双光子荧光显微成像

邵永红，郑晓敏，汪 磊，吴文帅，周 洁，陈嘉杰

深圳大学物理与光电工程学院，光电器件与系统教育部/广东省重点实验室，广东深圳 518060

荧光显微成像已广泛用于生物医学研究，然而由于光学衍射系统的限制，可达到的最小分辨距离约为200 nm．为提高光学系统分辨率，出现了一系列新型超分辨技术，如受激发射损耗(stimulated emission depletion, STED)荧光显微技术、随机光学重建显微技术(stochastic optical reconstruction microscopy, STORM)和结构光照明显微成像技术(structured illumination microscopy, SIM)[1-5]．STED技术将系统分辨率大幅提高至远高于衍射极限分辨率水平(几十nm或更高)，但所需的高功率受激辐射耗尽激光对生物样品(特别是活细胞)损伤较大，因此，不适于活细胞动态成像．STED技术必须使用特殊STED染料，这限制了样品的范围．STORM技术的横向和轴向分辨率分别可达到高于20 nm和50 nm的水平，但重构一幅超分辨图像需要采集平均数万张原始图像，限制了成像速度．STORM技术还需要具有开关效应的荧光探针，对染料要求较高，限制了其适用范围．SIM技术可将成像分辨率提高近2倍，且不需要特殊染料和高功率激光，光学系统相对简单，便于与其他系统兼容，成像速度快，有利于活细胞成像[6-7]．

在结构光超分辨成像技术中，采用光栅投影或双光束干涉形式，在样品中产生强度正弦调制的结构光图案，利用结构光与样本频谱的卷积作用，将不可探测的高频信息转化为可探测的低频信息，通过相移算法重构超分辨图像．为了解这些已被混频的高频信息，需获取不同相位下结构光……