超分辨率显微镜系统

结构化照明显微镜的原理

覆盖已知的高空间频率图案可得到莫尔条纹,并对该条纹进行分析处理,进而从数学上恢复样品的亚分辨率结构

利用高空间频率激光干涉条纹照射样本内的亚分辨率结构产生可记录的莫尔条纹。这些莫尔条纹包括样本的亚分辨率结构的调制信息。

通过处理多个莫尔条纹图案来创建超分辨率图像。

使用已知的高空间频率条纹光照明,可从得到的莫尔条纹图案中提取出超分辨信息。


通过处理多个莫尔图案图像来创建超分辨率图像

在该过程中捕获的莫尔条纹的图像包括样本内的微小结构的信息。捕获结构化照明的多个相位和取向,并且从莫尔条纹信息中提取移位的“超分辨率”信息。该信息在数学上在“傅立叶”或孔径空间重新组合,然后变换回图像空间,以两倍于传统显微镜的分辨率创建图像。

使用相位偏移的结构化照明拍摄多个图像。

对三个不同的角度重复此过程。然后使用高级算法处理该系列图像以获得超分辨率图像。


利用高频条纹照明将分辨率提高一倍

高分辨率,高空间频率信息的捕获受到物镜的数值孔径(NA)的限制,超出光学系统孔径的结构的空间频率(图A)将被排除在外。用高频结构化照明条纹照射样品,该照明条纹再与样品中超出经典分辨率极限的未知结构相乘,从而会在光学系统孔径内产生移位的“超分辨率”信息(图B)。

当这个“超分辨率”信息在数学上与物镜捕获的标准信息相结合时,它产生的分辨率大约是数值孔径两倍的物镜达到的分辨率(图C)。

图A:分辨率受到物镜数值孔径的限制。

图B:结构化照明和通常不可分辨的样品结构的乘积产生可记录的莫尔条纹,其中包含了传统分辨力极限两倍的样品信息。

图C:图像的分辨率大约是数值孔径两倍的物镜达到的分辨率