三维超分辨荧光显微成像系统的优化及生物学应用研究--《深圳大学》2015年硕士论文
三维超分辨荧光显微成像系统的优化及生物学应用研究
【摘要】：光学显微术尤其是荧光显微成像技术,具有无损、非接触、高特异性、高灵敏、高活体友好以及能够提供功能信息等突出优点,一直是生命科学中最常用的观测工具。然而,传统光学显微镜受到光学衍射极限的限制,分辨率只能达到横向200 nm和纵向500nm左右。近年来,远场超分辨荧光显微成像技术的发展突破了这一限制,达到10-20 nm左右的空间分辨率,实现了在分子水平下对细胞内精细结构、动态过程和功能的观察,使得人们能够在更精确的层次上理解各种生命过程,极大地推进生命科学等诸多领域的发展。本论文主要针对基于单分子定位的超分辨荧光显微术开展研究工作。尽管基于单分子定位的超分辨荧光显微成像技术取得了巨大的进步,但是在活细胞成像方面仍然存在着许多技术难题亟待突破,例如,如何进一步提高系统的时空分辨率来实现对活细胞的快速纳米分辨成像。荧光分子的开关闪烁特性和成像系统的漂移是影响系统时空分辨率进一步提高的两个关键技术问题。针对这些问题,本论文在三维超分辨荧光显微成像系统(3D-STORM)的基础上,重点深入研究了封片试液的配方及系统漂移校正的方法。论文的主要工作如下:1、设计并完成了封片试液对比实验,通过实验得出了最适合用于3D-STORM系统的封片剂,结果表明了该封片剂能更好的控制样品中荧光分子团的稀疏发光程度,提高了荧光分子的稳定性。2、研究了两套漂移校正的方法,分别是利用基准标记物进行漂移校正和利用明场图像进行漂移校正;重新推导设计并完成了改进的冗余互相关的漂移校正方法。实验结果表明,基于坐标相关的漂移校正算法使系统的整个横向校正精度达到了10 nm,这个方法不需要在原有系统的结构上添加任何零件,简化了实验过程,提高了后期做数据处理的效率。3、完成了一套对细胞膜上脂筏进行特异性标记的方法,利用3D-STORM系统对细胞脂筏样品进行采集重构,结果表明阿尔茨海默症细胞表面脂筏中的GM1比正常细胞表面脂筏中的GM1更加连续且紧密,在单位表面积中,阿尔茨海默症脂筏的数目比正常细胞中的多。这个实验结果为医学研究者提供了更多更直观的细胞表面脂筏讯息。
【关键词】：
【学位授予单位】：深圳大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：O439【目录】：
摘要4-6Abstract6-10第1章 绪论10-19 1.1 引言10 1.2 国内外研究现状及水平10-17 1.3 本论文的选题依据及主要工作17-19第2章 超分辨荧光显微成像系统19-25 2.1 系统的成像原理19-24
2.1.1 荧光分子的开关特性19-21
2.1.2 轴向防漂移系统的工作原理21-22
2.1.3 基于柱面镜像散的轴向定位算法22-24 2.2 系统优化24 2.3 本章小结24-25第3章 封片试液的研究25-31 3.1 封片试液的作用25-26 3.2 封片试液的对比实验26-30
3.2.1 封片试液的配方26-27
3.2.2 样品制备27-28
3.2.3 光学系统28-29
3.2.4 结果分析29-30 3.3 本章小结30-31第4章 超分辨显微镜的漂移校正方法研究31-44 4.1 漂移校正的必要性31 4.2 漂移校正的方法种类31-34
4.2.1 利用基准标记物的漂移校正方法32-33
4.2.2 利用明场成像的漂移校正方法33-34 4.3 改进的冗余互相关的漂移校正方法34-43
4.3.1 超定方程组的解35-36
4.3.2 基于坐标相关运算的漂移量计算36-37
4.3.3 实验与结果37-43 4.4 本章小结43-44第5章 阿尔茨海默症生物体细胞表面脂筏的研究44-52 5.1 脂筏与阿尔茨海默症44-45 5.2 脂筏的研究方法45 5.3 阿尔茨海默症表面脂筏的对比实验45-50
5.3.1 正常细胞样品的制备46
5.3.2 实验结果分析46-48
5.3.3 AD细胞样品的制备48
5.3.4 实验结果分析48-50 5.4 本章小结50-52第6章 总结与展望52-54 6.1 总结52 6.2 研究展望52-54参考文献54-58致谢58-59
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