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高精度实时主动轴向防漂移系统研究

霍英东 曹博 于斌 陈丹妮 牛憨笨

高精度实时主动轴向防漂移系统研究

霍英东, 曹博, 于斌, 陈丹妮, 牛憨笨
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  • 基于单分子定位的荧光纳米分辨显微成像中, 系统漂移会使得单分子定位出现额外偏差, 从而使重构图像的分辨率降低, 造成图像模糊. 因此, 对系统漂移量的控制至关重要. 近年来, 防漂移的方法层出不穷. 本文针对其中一种利用光学测量原理和引入负反馈的防漂移方法做了系统的研究, 分析了其原理和实现过程, 对整个系统进行了误差分析, 通过实验标定了整个防漂移系统的精度. 该系统可以主动实时地校正漂移量, 实现了显微镜轴向9.93 nm的防漂移精度. 与现有商用的显微镜自带的防漂移装置相比, 防漂移精度提高了一个量级.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2012CB825802, 2015CB352005)、国家自然科学基金 (批准号: 61335001, 61235012, 61178080, 11004136, 60878053)、国家重大科学仪器设备开发专项 (批准号: 2012YQ15009203)和深圳市科技计划 (批准号: ZYC201105170233A, JCYJ20120613173049560)资助的课题.
    [1]

    Huang B, Wang W, Bates M, Zhuang X 2008 Science 319 810

    [2]

    Pavani S R P, Thompson M A, Biteen J S, Lord S J, Liu N, Twieg R J, Piestun R, Moerner W 2009 PNAS 106 2995

    [3]

    Juette M F, Gould T J, Lessard M D, Mlodzianoski M J, Nagpure B S, Bennett B T, Hess S T, Bewersdorf J 2008 Nat. Methods 5 527

    [4]

    Rust M J, Bates M, Zhuang X 2006 Nat. Methods 3 793

    [5]

    Chen D N, Liu L, Yu B, Niu H B 2010 Acta Phys. Sin. 59 6948 (in Chinese) [陈丹妮, 刘磊, 于斌, 牛憨笨 2010 物理学报 59 6948]

    [6]

    Shtengel G, Galbraith J A, Galbraith C G, Lippincott-Schwartz J, Gillette J M, Manley S, Sougrat R, Waterman C M, Kanchanawong P, Davidson M W 2009 PNAS 106 3125

    [7]

    Ram S, Prabhat P, Ward E S, Ober R J 2009 Opt. Express 17 6881

    [8]

    Li H, Yu B, Chen D N, Niu H B 2013 Acta Phys. Sin. 62 124201 (in Chinese) [李恒, 于斌, 陈丹妮, 牛憨笨 2013 物理学报 62 124201]

    [9]

    Yu B, Li H, Chen D N, Niu H B 2013 Acta Phys. Sin. 62 154206 (in Chinese) [于斌, 李恒, 陈丹妮, 牛憨笨 2013 物理学报 62 154206]

    [10]

    Shroff H, Galbraith C G, Galbraith J A, Betzig E 2008 Nat. Methods 5 417

    [11]

    Bates M, Huang B, Dempsey G T, Zhuang X 2007 Science 317 1749

    [12]

    Gould T J, Verkhusha V V, Hess S T 2009 Nat. Protoc. 4 291

    [13]

    Peters J 2008 Nat. Methods, Application Notes

    [14]

    Betzig E, Patterson G H, Sougrat R, Lindwasser O W, Olenych S, Bonifacino J S, Davidson M W, Lippincott-Schwartz J, Hess H F 2006 Science 313 1642

    [15]

    Carter A R, King G M, Ulrich T A, Halsey W, Alchenberger D, Perkins T T 2007 Appl. Opt. 46 421

    [16]

    Lee S H, Baday M, Tjioe M, Simonson P D, Zhang R, Cai E, Selvin P R 2012 Opt. Express 20 12177

    [17]

    Mcgorthy R, Kamiyama D, Huang B 2013 Opt. Nanosc. 2 3

    [18]

    Wade A, Fitzke F 1998 Opt. Express 3 190

    [19]

    Mlodzianoski M J, Schreiner J M, Callahan S P, Smolková K, Dlasková A, Šantorová J, Ježek P, Bewersdorf J 2011 Opt. Express 19 15009

  • [1]

    Huang B, Wang W, Bates M, Zhuang X 2008 Science 319 810

    [2]

    Pavani S R P, Thompson M A, Biteen J S, Lord S J, Liu N, Twieg R J, Piestun R, Moerner W 2009 PNAS 106 2995

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    Juette M F, Gould T J, Lessard M D, Mlodzianoski M J, Nagpure B S, Bennett B T, Hess S T, Bewersdorf J 2008 Nat. Methods 5 527

    [4]

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    [11]

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    [12]

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    [14]

    Betzig E, Patterson G H, Sougrat R, Lindwasser O W, Olenych S, Bonifacino J S, Davidson M W, Lippincott-Schwartz J, Hess H F 2006 Science 313 1642

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    [2] 马晓燠, 母杰, 饶长辉. 死区对四象限跟踪传感器跟踪精度的影响. 物理学报, 2012, 61(7): 072903. doi: 10.7498/aps.61.072903
    [3] 马晓燠, 郭友明, 饶长辉, 魏凯, 田雨, 饶学军. 多阳极PMT的串扰对四象限倾斜跟踪传感器跟踪精度的影响. 物理学报, 2012, 61(24): 242902. doi: 10.7498/aps.61.242902
    [4] 陈丹妮, 刘磊, 于斌, 牛憨笨. HeLa细胞突起中微丝束的纳米分辨荧光成像. 物理学报, 2010, 59(10): 6948-6954. doi: 10.7498/aps.59.6948
    [5] 降雨强, 刘春香, 郭红莲, 李兆霖, 程丙英, 张道中. 光镊系统中光放大倍数对测量结果的影响. 物理学报, 2005, 54(3): 1162-1166. doi: 10.7498/aps.54.1162
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    [14] 刘顺瑞, 聂照庭, 张明磊, 王丽, 冷雁冰, 孙艳军. 利用纳米球提高红外波长上转换探测器效率. 物理学报, 2017, 66(18): 188501. doi: 10.7498/aps.66.188501
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    [19] 张助华, 郭万林, 郭宇锋. 轴向磁场对碳纳米管电子性质的影响. 物理学报, 2006, 55(12): 6526-6531. doi: 10.7498/aps.55.6526
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-07-13
  • 修回日期:  2014-09-10
  • 刊出日期:  2015-01-05

高精度实时主动轴向防漂移系统研究

  • 1. 中国科学院西安光学精密机械研究所, 超快诊断技术中国科学院重点实验室, 西安 710119;
  • 2. 深圳大学光电工程学院, 光电子器件与系统(教育部、广东省) 重点实验室, 深圳 518060;
  • 3. 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2012CB825802, 2015CB352005)、国家自然科学基金 (批准号: 61335001, 61235012, 61178080, 11004136, 60878053)、国家重大科学仪器设备开发专项 (批准号: 2012YQ15009203)和深圳市科技计划 (批准号: ZYC201105170233A, JCYJ20120613173049560)资助的课题.

摘要: 基于单分子定位的荧光纳米分辨显微成像中, 系统漂移会使得单分子定位出现额外偏差, 从而使重构图像的分辨率降低, 造成图像模糊. 因此, 对系统漂移量的控制至关重要. 近年来, 防漂移的方法层出不穷. 本文针对其中一种利用光学测量原理和引入负反馈的防漂移方法做了系统的研究, 分析了其原理和实现过程, 对整个系统进行了误差分析, 通过实验标定了整个防漂移系统的精度. 该系统可以主动实时地校正漂移量, 实现了显微镜轴向9.93 nm的防漂移精度. 与现有商用的显微镜自带的防漂移装置相比, 防漂移精度提高了一个量级.

English Abstract

参考文献 (19)

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