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新的显微镜技术比典型的实验室相机更快地抓取

2019-06-08 20:11:59 医学研究117℃

  新的显微镜技术比典型的实验室相机更快地抓取图像 2016年11月17日 莱斯大学的一项新技术抓取了化学过程的图像,这些图像的发生速度比大多数实验室相机能够捕获它们的速度要快 该技术,超时间分辨率显微镜(STReM),使研究人员能够以比典型实验室摄像机通常允许的速度快20倍的帧速率查看和收集有关荧光分子的有用信息。 Rice化学家Christy Landes和她的团队以及Rice电气工程师Kevin Kelly的作品出现在美国化学学会的物理化学快报杂志上。 赖斯研究人员从诺贝尔获奖的显微镜技术开始,该技术以“超分辨率”方式观察分子等物体。 - 也就是说,低于衍射极限的东西比大多数显微镜都要小。 “超分辨率显微镜使我们能够成像小于约一半可见光波长的物体 - 大约250纳米”。兰德斯说。但她指出了一个障碍:“你无法拍摄任何比你的帧率更快的照片,”她说。 莱斯实验室的新增强功能使用旋转相位掩模对每个相机框架中的快速动态进行编码,这将有助于研究人员了解在二维表面上移动时吸附和解吸蛋白质或分子轨迹等界面的过程。 Landes表示,典型的电荷耦合器件(CCD)相机最大帧速率为10到100毫秒。虽然电子显微镜等其他技术可以在亚纳米尺度上看到材料,但超分辨率显微镜对于像生物分子这样的脆弱样品具有明显的优势:它不会在此过程中破坏它们。 该技术操纵光的相位以使检测器处的​​图像具有更复杂的形状。此过程先前已被其他研究人员用于编码物体在二维图像内的三维空间中的位置。 Rice实验室的贡献是要注意,通过随时间操纵相位,还可以在慢图像帧内编码更快的时间分辨率。因此,该小组设计并制造了一个旋转相位掩模。生成的图像捕获的动态事件发生得比相机的固有帧速率快。帧内每个图像的形状有效地为其提供了唯一的时间戳。 相关故事对于中风恢复至关重要的脑炎蛋白新诊断技术揭示了膀胱癌的关键蛋白质生物标志物.RNA参与蛋白质聚集和神经退行性疾病,研究表明该技术利用了任何曾经拍过模糊图像的人都熟悉的显微镜特征。点扩散函数是焦点内外的图像形状的度量。当受试者与单个分子一样小时,容易发生进出焦点的移动,并且所产生的模糊的大小和形状可以告诉研究人员距离焦平面有多远。相位掩模工程通过引入不同的点扩散函数,可以更容易地检测到与焦点相关的模糊。在电影中,它们看起来像杠铃的叶片并且相对于焦点旋转。 Landes说,STReM使用旋转掩模中的点扩散函数变化来收集时间信息。利用新技术,波瓣角度的变化揭示了每帧内发生事件的时间。 “目的是让科学家们无需购买更快,更昂贵的相机即可研究快速流程”。水稻研究生王文孝说,该论文的第一作者。 “这涉及从单个图像中提取更多信息。” 兰德斯最近因为将超分辨率显微镜与信息理论整合到理解蛋白质分离的工作而获得了ACS着名的实验物理化学早期职业奖,他说设计和建造这种机制只花费了几百美元,只是其中的一小部分。购买更快的相机的成本。相位掩模是基于Kelly的工作,他利用他对Rice的单像素相机的贡献来设计一块厚度可变的塑料片,这种塑料会在通往CCD的途中扭曲光线。 “就像单像素相机一样,我们正在进行压缩分析,”兰德斯说。 “利用静态相位掩模,将三维信息压缩成2-D图像。在这种特殊情况下,我们将更快的信息压缩为较慢的相机帧速率。这是一种在像素中获取更多信息的方法。“ 资料来源:莱斯大学

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