基于稀疏约束的幻影成像单幅广角镜

基于定位的单分子广域纳米显微镜通常受时间分辨率低的困扰，因为单个分子的高精度定位需要低荧光团的发射体密度。另外，为了重建超分辨率图像，即使应用了高级算法（例如压缩感测和深度学习），也需要成百上千个图像帧。这些因素限制了纳米技术在活细胞成像中的应用。在这项研究中，研究人员开发了一种基于稀疏约束（GISC）的幻影成像的单帧、宽视野纳米显微镜系统，其中在宽视野显微镜中应用了空间随机相位调制器，以实现对荧光信号的随机测量。通过使用压缩感测重建一个原始图像，该方法可以有效地利用荧光发射器的稀疏性将成像分辨率提高到80 nm。实现了143μm?2的超高发射极密度，同时将单分子定位的精度保持在25 nm以下。实验表明，与以前基于单分子定位的超分辨率成像方法相比，通过采用高密度的光开关荧光团，GISC纳米显微镜可以将采样帧的数量减少一个数量级。因此，GISC纳米显微镜可以提高用于研究活细胞和微观动态过程的超分辨率成像的时间分辨率。

图1.实验装置和成像过程示意图。（a）实验设置：在常规倒置显微镜中，在sCMOS之前设置具有低放大倍率（10x）的随机相位调制器，以形成荧光信号的斑点图案。荧光图像被直接记录。RPM，随机相位调制器；L，镜头；I，虹膜；M，镜子；DM，二向色镜； EX，励磁过滤器； EM，排放过滤器； PBS，偏振分束器； OL，物镜；和NP，纳米定位阶段。（b）校准和成像过程：在校准过程中，将从样品平面的每个位置生成的所有斑点图案记录为随机测量矩阵。在成像过程中从实际成像样本中获得一个斑点图像，然后可以通过压缩感测重建超分辨率图像。