《單細胞納米分辨光學成像方法研究》是依託深圳大學，由屈軍樂擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：單細胞納米分辨光學成像方法研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：屈軍樂
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
細胞是生物體及生命活動的基本單元，對細胞的深入研究是揭開生命奧秘、改造生命和征服疾病的關鍵。在完整細胞下進行分子成像,進而獲取亞細胞精細結構甚至分子圖譜，並能在活體細胞下獲取這些結構變化及分子動態過程的信息一直是細胞學研究的重要方向。為此，本申請將重點研究以納米分辨獲取完整細胞分子圖譜以及實現活細胞多分子動態功能成像的細胞分子成像方法:提出附加探測光聲子耗盡方法，用於實現對完整細胞的超衍射極限分辨相干反斯托克斯拉曼散射成像，以獲得完整細胞納米分辨分子圖譜；提出快速變焦思想與雙螺旋點擴展函式三維納米定位方法相結合,用於獲取細胞內精細結構變化及多運動分子三維動態運動過程的信息。藉助這些首創性分子成像方法，將有望實現細胞分子圖譜的繪製，並有望以納米的分辨研究活細胞內發生的各種動態過程，而這無疑將是繼基因組學、蛋白質組學之後研究細胞組學所需手段的一個重大突破，將對生命科學和醫學的發展產生深遠影響。
結題摘要
細胞是生物體及生命活動的基本單元，對細胞的深入研究是揭開生命奧秘、改造生命和征服疾病的關鍵。在完整細胞下進行分子成像,進而獲取亞細胞精細結構，並能在活體細胞下獲取這些結構變化及分子動態過程的信息一直是細胞學研究的重要方向。為此，本項目重點研究以納米分辨獲取完整細胞圖像的細胞分子成像方法。本課題完成了研究計畫，實現了預期目標。在螢光納米成像方面，搭建了兩台納米分辨螢光動態成像系統，其中一台,用於獲得完整細胞納米分辨結構圖像，採用基於四象限探測器的高精度實時反饋防漂移裝置，結合軟體校正使系統整體防漂移特性獲得大幅改善，可長時穩定地工作，基於此，實現了細胞核內非重複序列DNA三維納米成像；另一台，用於獲得完整細胞內納米分辨動態功能成像，設計並研製了具有雙螺旋點擴展函式和變形光柵功能的複合相位片這一核心器件，成像景深更大，可以實現完整細胞內多分子的同時追蹤。在該平台上，成功細胞內z向12μm內的三維運動目標的同時追蹤。在CARS納米成像方面，提出附加探測光聲子耗盡與特殊超連續譜（SC）光源相結合，實現一次獲得細胞分子完整CARS譜的納米成像方法。設計並搭建了基於正色散PCF的SC光源，脈寬達150fs，光譜展寬大於400nm，極大改善了SC的時譜結構，提高了泵浦光的利用率。在此SC光源上，實現了分子完整振動譜的探測，同時，實現了同時振動退相時間的測量。除此之外，在本項目的研究過程中，我們針對納米分辨非標記顯微成像，我們不僅嘗試使用CARS這種成像手段，同時也積極開展了其它納米分辨非標記顯微成像的研究。在本項目中，我們提出兩種具有超衍射解析度的基於分子振動譜的成像新方法並通過數值模擬驗證了其可行性：寬場振動和頻產生顯微方法、基於環形抽運光的紅外超分辨顯微成像方法。藉助這些首創性分子成像方法，以納米的分辨研究活細胞內發生的各種過程，而這無疑將對生命科學和醫學的發展產生深遠影響。
