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2016-11-22 22:53 |
可实现相机更快成像的分子成像技术
莱斯大学开发出一种新型的能够抓取化学反应过程图像的技术，一般来说化学反应的速度非常快，常规大多数的实验室中的相机很难捕捉到这种过程。 JNJ6HyCU
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这一技术，即超分辨率显微镜（STReM），能够使研究人员以相比一般典型的实验室中显微镜达到的帧速率快20倍的速率进行查看和收集的荧光分子的有用信息。 yy&L& v'
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莱斯大学的化学家Christy Landes和她的团队和莱斯大学的电气工程师Kevin Kelly作为共同作者把相关研究论文发表在《美国化学学会的物理化学》杂志上。 fn y6`_O
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Rice的研究人员开始用一种曾获得诺贝尔奖的显微镜技术，可在“超分辨率”下看到如“分子”等对象，这些都是低于衍射极限的，比大多数显微镜能够观察到的目标都要小。 g W9`k,U
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“超分辨率显微镜让我们观察到的目标要比可见光波长的一半约250纳米还要小，” Landes说。但她注意到一个障碍：“你不能对任何比你帧率还要快的东西拍照，”她说。 xU}J6 Tv
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莱斯大学实验室最新的技术的增强，是在每个相机帧中使用了一个旋转的相位掩模进行快速动态的编码，这将有助于研究人员了解发生在界面上的如吸附和解吸的蛋白质或分子当它们沿着二维表面移动过程的轨迹情况。 %6m' |(-
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Landes说，典型的电荷耦合器件（CCD）摄像机最大帧速率是10到100毫秒。而其它技术如电子显微镜可以在亚纳米观察材料，超高分辨率的显微镜对那些脆弱的样品分子有一个明显的优势：它不不会在观察过程中损坏他们。 81!;W t(?
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这种技术可操纵光的相位，实现探测器进行更加复杂的形状的成像。这种过程以前被其他研究人员使用过，以实现观察对象的二维图像之外的三维空间编码。 AZA5>Y
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莱斯大学实验室的贡献是注意到，随着时间的推移通过操纵其相位，它也可以在一个具有较慢帧率的图像帧内编码实现更快的时间分辨率。因此，该研究小组设计并建立了一个旋转相位掩模。由此产生的图像捕捉动态事件发生的速度比相机的内在的帧速率更快。在一帧内的每一个图像的形状，都有效地给它一个独特的时间标识。 inZ0iU9dy
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这种技术利用了一个很多人都熟悉的曾在模糊图片中所用的显微镜的特性。点扩展函数是一个可在对焦点和出焦点都能进行测量图像的形状的函数。当被观测的对象很小时，如单分子，转移焦点和失去焦点是很容易发生的，所获得结果的模糊的大小和形状可以告诉研究人员距离目标焦平面还有多远。相位掩模工程可能使与焦点相关的模糊更容易通过引入不同的点扩展函数来检测。在底片上看起来像一个杠铃的两个垂且相对于焦点进行旋转。 64 `l?F
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STReM使用由旋转膜改变的点分布函数的变化来收集时域信息，Landes说。利用这项新技术，垂的角度的变化揭示了每个帧内一个事件发生。 ! hEZ V&y
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“目的是让科学家们在不需要购买更快更昂贵相机的情况下进行快速过程的研究，”莱斯大学的研究生Wenxiao Wang说，他是该论文的主要作者。“这涉及到从单一的图像中提取更多的信息。” RAws{<6T-
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Landes最近获得了ACS著名物理化学实验领域的新秀奖，因为她的工作将超高分辨率显微镜与信息理论结合用于理解蛋白质的分离，并且这种机制的建设成本在实验室中只有几百美元，这只是购买更快的摄像机成本的一小部分。相位掩模技术是在Kelly的工作基础之上的，他把他的这项技术加载到莱斯大学单像素相机中，相当于添加一块塑料的厚度，实现光到达CCD相机途中的光扭曲。 MpvG F7H
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“正如我们正在做的压缩单像素的相机的分析，” Landes说。“随着静态相位掩模，三维信息被压缩成一个二维图像。在这个特殊的情况下，我们实现一个更快的信息压缩到一个较慢的相机帧速率中。这是一种从你所拥有的像素中获取更多信息的方法。” TXS`ey
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该论文的共同作者还有博士后研究人员Hao Shen和Lawrence Tauzin，以及研究生Bo Shuang、Benjamin Hoener和Nicholas。（来源：实验帮）
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