Superresolution via Structured Illumination Quantum Correlation Microscopy (SIQCM)
我们建议使用强度相关显微镜结合结构照明图像量子发射器，表现出反聚束的空间分辨率远远超过瑞利极限。将强度测量和强度自相关性组合到$m$阶，创建了FWHM收缩因子$\sqrt{m}$的有效PSF。另一方面，结构照明显微镜通过使用莫尔条纹的原理引入了2倍的分辨率改进。在这里，我们表明，对于线性低强度激发和线性光学检测的同时使用这两种技术导致在理论上无限的分辨率功率与改进缩放有利的相关阶$m$的依赖$m + \sqrt{m}$。因此，产生这种技术是感兴趣的显微镜成像的各种样品，包括生物的。我们提出了基本的理论和模拟演示的高度增加的空间超分辨率，并指出实验实现的要求。
2017-02-14 physics.optics quant-ph
Fluorescence antibunching microscopy
利用光的量子特性突破显微镜的衍射极限是近年来研究的热点。我们提出了一种基于荧光标记物的非经典发射统计的量子超分辨技术，该荧光标记物通常用作生物成像的对比标记物。该技术可以容易地使用标准荧光显微镜设备来实现。
2011-04-14 physics.optics quant-ph
Three-dimensional bi-functional refractive index and fluorescence microscopy (BRIEF)
荧光显微镜是一种强有力的工具，成像生物样品的分子特异性。相比之下，相位显微镜提供样品折射率（RI）的无标记测量，这是一种内在的光学性质，定量地涉及到细胞形态，质量和刚度。常规成像技术测量标记的荧光（功能）信息或无标记的RI（结构）信息，尽管两者都有可能是有价值的。例如，生物组织具有不均匀的RI分布，导致样品诱导的散射，这降低了荧光图像质量。当测量荧光和3D RI两者时，可以使用RI信息来数字地校正荧光图像中的多重散射效应。在这里，我们开发了一种新的计算多模态成像方法的基础上epi-mode显微镜重建3D荧光和3D RI从一个单一的数据集。我们获得几十个荧光图像，每个“照明”由一个单一的荧光团，然后解决一个逆问题的多散射前向模型。我们实验证明我们的方法epi-mode三维RI成像和数字校正的荧光图像中的多重散射效应。
2022-01-25 physics.bio-ph physics.optics
Integral refractive index imaging of flowing cell nuclei using quantitative phase microscopy combined with fluorescence microscopy
我们提出了一种新的多模态成像技术，用于定量测量悬浮液中活生物细胞核的积分（厚度平均）折射率。为此目的，我们将定量相位显微镜与同步二维荧光显微镜相结合。我们使用2-D荧光显微镜定位细胞内的定量相位图的细胞核，以及测量核半径。如通过3-D共聚焦荧光显微镜和通过2-D荧光显微镜同时在流动期间旋转细胞所离线验证的，不在分裂期间的悬浮液中的细胞核可以假定为椭圆体。悬浮液中细胞的整个形状可以假定为球形。然后，细胞和细胞核的3-D形状可以分别基于可从2-D相位和荧光测量获得的它们的平面内半径来评估。最后计算了原子核的积分折射率分布。我们在癌细胞上展示了新技术，获得了低于细胞质的细胞核折射率值，与最近的发现一致。我们相信，所提出的技术有可能被用于流式细胞术，其中全三维折射率断层扫描是太慢，在流动过程中实施。
2019-09-03 physics.bio-ph physics.optics
Wide field fluorescence epi-microscopy behind a scattering medium enabled by speckle correlations
荧光显微镜被广泛用于生物成像，然而，从组织的散射强烈限制了其适用于浅深度。在这项工作中，我们适应的方法，灵感来自恒星散斑干涉，并利用光学记忆效应，使荧光显微镜通过混浊层。我们证明了有效的重建微米大小的荧光物体背后的散射介质落射显微镜，并研究这种成像方式（放大率，视场，分辨率）的特异性相比，传统的显微镜。使用修改后的相位恢复算法从散斑图像重建荧光物体，我们表现出强大的重建，即使在相对较低的信号噪声条件。这种模式特别适合于在生物介质中成像，已知生物介质表现出与数十微米尺寸的视场兼容的相对大的光学存储范围，以及与数十纳米宽度的发射荧光光谱兼容的大光谱带宽。
2018-02-25 physics.bio-ph physics.optics
Super-resolution fluorescence microscopy by stepwise optical saturation
超分辨荧光显微镜是生物医学研究中的重要工具，因为它能够识别小于衍射极限的特征。然而，由于其难以实现和高成本，普遍应用的超分辨率显微镜是不可行的。在本文中，我们提出并展示了一种新的超分辨率荧光显微镜，可以很容易地实现，既不需要额外的硬件，也不需要复杂的后处理。显微镜是基于逐步光学饱和（SOS）的原则，其中原始荧光图像的$M$步骤被线性组合，以产生与传统的衍射限制图像相比，分辨率增加了$\sqrt{M}$倍的图像。例如，线性组合（缩放和相减）以常规功率获得的两个图像将分辨率扩展超过衍射极限的$1.4$的因子。SOS显微镜的分辨率提高在理论上是无限的，但实际上受到信噪比的限制。我们进行模拟和实验证明超分辨率显微镜与单光子（共焦）和多光子激发荧光。我们表明，与多光子模态，SOS显微镜可以提供超分辨率成像深散射样品。
2018-01-10 physics.bio-ph physics.optics
Inverse Problems of Single Molecule Localization Microscopy
单分子定位显微术是近年来发展起来的一种用于观察单细胞结构特性的超分辨成像技术。其基本原理是将荧光染料化学连接到分子上，在用强激光激发后可以发光。为了实现超分辨率，单个荧光团的信号在时间上被分离。在本文中，我们遵循的物理和化学文献，并通过麦克斯韦方程组推导出数学模型，描述从染料在单分子定位显微镜实验中发射的光的传播。这就形成了单分子定位显微镜相关的反问题的基础。我们还表明，重建方法的当前状态是一个简化的更一般的麦克斯韦方程组的反问题，这里讨论的。
2020-02-05 physics.optics
Compressive three-dimensional super-resolution microscopy with speckle-saturated fluorescence excitation
非线性结构照明显微术（nSIM）是实现超分辨宽场荧光显微术的有效方法，理论上可实现无限分辨率。在nSIM中，精心设计的高对比度照明图案与光学过渡的饱和相结合，以实现亚衍射成像。虽然该技术被证明对二维成像有用，但由于有机荧光团在剧烈循环条件下会褪色/疲劳，将其扩展到三维（3D）具有挑战性。在这里，我们提出了一种压缩传感方法，允许第一次通过饱和荧光激发培养细胞的3D亚衍射nSIM。利用横向散斑照明平面的自然正交性，通过单个二维扫描实现样品的3D探测。饱和激发下的荧光对比度通过与偏振散斑图案中的光学涡旋相关联的强度最小值的固有高密度来确保。因此，压缩散斑显微术是一种简单的方法，其能够实现具有潜在地显著减少的采集时间和光漂白的3D超分辨nSIM成像。
2018-10-15 physics.bio-ph physics.optics
Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy Analysis of Isolated Melanosomes
本研究首次利用FLIM技术分析分离的黑素体，发现黑色素在长时间激光照射下会发生光致结构变化，寿命在几分钟至一小时内显著改变。
2025-07-12 physics.bio-ph physics.optics
Fluorescence microscopy of single autofluorescent proteins for cellular biology
本文综述了自体荧光蛋白在单分子生物学成像中的应用。绿色荧光蛋白（GFP）和DsRed的几个突变体的物理特性进行了比较，并严格讨论其在细胞生物学中的应用。在单分子水平或荧光相关光谱的双光子激发的替代使用被设想用于个体自体荧光蛋白的研究。单分子实验中进行的活细胞使用eGFP，最好是eYFP融合蛋白进行审查。最后，第一次使用在单分子水平的黄嘌呤，一个更光稳定的变体的eYFP时，融合到一个受体的神经递质在活细胞中的报告。
2007-04-29 physics.bio-ph physics.optics
Deconvolution in Fluorescence Lifetime imaging microscopy (FLIM)
荧光寿命成像显微镜（FLIM）是了解细胞和组织中化学微环境的重要技术，因为与常规荧光成像相比，它提供了额外的对比度。当激发衍射极限内的两个荧光团时，所产生的发射导致强度（幅度）和寿命（相位）分量中的非线性空间失真和局部化效应。为了解决这个问题，在这项工作中，我们提供了一个理论模型，卷积FLIM来描述所产生的行为如何不同于传统的荧光显微镜。然后，我们提出了一个基于Richardson-Lucy（RL）的去卷积，包括总变差（TV）正则化方法，以纠正由于光学卷积在FLIM测量中的失真，并在荧光标记的固定牛肺动脉内皮细胞（BPAE）细胞的多光子显微镜（MPM）-FLIM图像上实验证明了这种FLIM去卷积方法。
2022-01-16 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Super-resolved FRET imaging by confocal fluorescence-lifetime single-molecule localization microscopy
基于FRET的方法是用于感测（生物）分子的直接环境和相互作用的独特工具。FRET成像和FLIM（荧光寿命成像显微镜）使分子相互作用和功能状态的空间分布可视化。然而，传统的FLIM和FRET成像提供了衍射限制体积内的分子系综的平均信息，这限制了所观察到的信号的空间信息、准确性和动态范围。在这里，我们展示了一种方法，以获得超分辨FRET成像的基础上，使用商业时间分辨共聚焦显微镜的早期原型的单分子定位显微镜。使用荧光探针的DNA点累积用于纳米尺度形貌成像（DNA-PAINT）提供了与通常的共聚焦显微镜的扫描速度兼容的背景减少和闪烁动力学的合适组合。一个单一的激光被用来激发供体，一个宽的检测带被用来检索供体和受体的发射，和FRET事件检测寿命信息。
2022-11-28 physics.bio-ph physics.optics
Far-field linear optical superresolution via heterodyne detection in a higher-order local oscillator mode
到目前为止，瑞利极限已经应用于所有依赖于线性光学相互作用和远场检测的显微镜技术。在这里，我们证明了检测高阶横向电磁模式（TEM）中的物体发出的光可以帮助实现各种显微镜相关任务的亚瑞利精度。使用光外差检测TEM01，我们测量的相干和非相干发射物体的位置在0.0015和0.012的瑞利极限内，分别，并确定两个非相干发射狭缝之间的距离定位在0.28的瑞利极限内的精度为0.019的瑞利极限。将我们的技术扩展到高阶TEM，可以实现分辨率显著低于瑞利极限的全成像，这让人想起光学状态的量子层析成像。
2016-06-09 physics.optics quant-ph
Fluorescence Microscopy: a statistics-optics perspective
本文从统计与光学交叉视角，综述了荧光显微成像中光与荧光团特性对图像特征的影响，并介绍了相应的概率建模工具，旨在促进定量显微图像解释。
2023-10-17 physics.bio-ph physics.data-an physics.optics
Large-field-of-view Chip-scale Talbot-grid-based Fluorescence Microscopy
荧光显微镜是现代临床诊断和生物科学中最重要的工具之一。然而，它的成本，尺寸和有限的视场（FOV）正在成为关键应用的瓶颈，如大规模表型分析和低资源设置诊断。在这里，我们报告了一种低成本，紧凑的芯片级荧光成像平台，称为荧光塔尔博特显微镜（FTM），它利用塔尔博特自成像效应，使高效的荧光成像在一个大的和直接可扩展的FOV。FTM原型的分辨率为1.2微米，FOV为3.9 mm x 3.5 mm。我们证明了FTM对荧光标记的乳腺癌细胞（SK-BR-3）和表达绿色荧光蛋白的HEK细胞的成像能力。
2012-10-08 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Resonant Scanning with Large Field of View Reduces Photobleaching and Enhances Fluorescence Yield in STED Microscopy
光漂白是超分辨受激耗尽发射（STED）显微术的一个主要限制。快速扫描一直被认为是一种有效的手段，以减少在荧光显微镜的光漂白，但仔细定量研究这个问题是失踪。在本文中，我们表明，在STED显微镜的光漂白速率减慢和荧光产率提高扫描高线速度，使我们定制的共振扫描STED显微镜的大视场。扫描速度对光漂白和荧光产率的影响在较高水平的耗尽激光辐照度下更为显著，并且在传统的共聚焦显微镜中几乎消失。当耗尽辐照度>0.2 GW $\cdot$ cm $^{-2}$（时间平均值）时，我们能够将Atto 647 N染料的荧光存活时间延长约80%，视野宽8倍。我们证实，STED光漂白主要是由耗尽光作用于激发的荧光团引起的。实验数据与理论模型一致。我们的研究结果鼓励进一步提高线性扫描速度，减少在STED显微镜的光漂白。
2015-01-18 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Mid-infrared Chemical Imaging of Intracellular Tau Fibrils using Fluorescence-guided Computational Photothermal Microscopy
淀粉样蛋白与广泛的神经退行性疾病有关。然而，从细胞内淀粉样蛋白的天然细胞环境中提取分子结构信息仍然是一个巨大的挑战。为了应对这一挑战，我们开发了一种计算化学显微镜，将3D中红外光热成像与荧光成像相结合，称为荧光引导键选择性强度衍射断层扫描（FBS-IDT）。基于低成本和简单的光学设计，FBS-IDT能够在其细胞内环境中对tau纤维（一种重要类型的淀粉样蛋白聚集体）进行化学特异性体积成像和3D位点特异性中红外指纹光谱分析。具有/不具有接种的tau原纤维的人细胞的无标记体积化学成像被证明显示脂质积累和tau聚集体形成之间的潜在相关性。进行深度分辨中红外指纹光谱以揭示细胞内tau原纤维的蛋白质二级结构。实现了tau原纤维结构的\b{eta} -片层的3D可视化。
2023-02-23 physics.bio-ph physics.optics
Breaking the Diffraction Barrier for Passive Sources: Parameter-Decoupled Superresolution Assisted by Physics-Informed Machine Learning
Center for Quantum Science and Engineering（量子科学与工程中心）；Department of Physics（物理系）；Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院）；Clark University（克拉克大学）
提出参数解耦超分辨框架，结合物理信息机器学习，无需源控制即可实现比衍射极限低14倍以上的分辨率，适用于天体成像等无源场景。
2025-04-19 cs.AI physics.optics quant-ph
Nanoscale resolution for fluorescence microscopy via adiabatic passage
我们建议使用的亚波长定位通过绝热通过技术的荧光显微镜在远场的纳米级分辨率。该技术使用相干耦合到两个激光脉冲的Λ型介质：在其空间分布中具有节点的泵浦和斯托克斯。除了在节点位置外，Λ系统的布居数从一个基态向另一个基态转移，产生一个窄的布居数峰.这种相干定位允许具有纳米横向分辨率的荧光成像。我们推导了一个解析表达式来评估分辨率，并与相干布居捕获和受激发射耗尽技术进行了比较。
2015-04-13 physics.bio-ph physics.optics quant-ph
Simultaneous off-axis multiplexed holography and regular fluorescence microscopy of biological cells
我们提出了一种新的技术，用于获得同时多模态定量相和荧光显微镜的生物细胞，提供定量相成像和分子特异性，使用一个单一的相机。我们的系统是基于一个干涉多路复用模块，外部定位在光学显微镜的出口。与以前的方法相比，所提出的技术允许常规的荧光成像，而不是干涉离轴荧光成像。我们展示了成像荧光珠和活的生物细胞的技术。
2019-04-02 physics.optics
Saturated absorption competition microscopy
我们介绍的概念，饱和吸收竞争（SAC）显微镜作为一种手段，提供亚衍射空间分辨率的荧光成像。与受激发射和自发发射之间的竞争后的过程中使用的受激发射耗尽（STED）显微镜，SAC显微镜打破了衍射极限，强调竞争前的过程中发生的荧光吸收阶段的方式，股份与基态耗尽（GSD）显微镜的相似性。此外，与STED和GSD显微镜不同，SAC显微镜仅利用单个连续波激光二极管和比STED小约20倍的照明强度，从而降低了复杂性和成本。我们的方法可以在共聚焦显微镜中物理实现，通过将输入激光源分成时间调制的主激发光束和甜甜圈形饱和光束，随后采用零差检测方案来选择调制的荧光信号。在这里，我们提供了SAC的物理化学模型，并通过概念验证实验证明了~ λ/6的横向空间分辨率。
2017-01-23 physics.bio-ph physics.optics
Resolution and enhancement in nanoantenna-based fluorescence microscopy
单个金纳米颗粒可以作为纳米天线，用于增强发射体在其近场中的荧光。在这里，我们提出了实验和理论研究的扫描天线为基础的荧光显微镜作为金纳米粒子的直径的函数。我们研究荧光增强和空间分辨率之间的相互作用，并讨论了在致密样品中破译单分子的要求。实验证明，分辨率优于20 nm和荧光增强高达30倍。通过在时域有限差分计算中考虑尖端轴和样品界面，我们解释了为什么测得的荧光增强在界面的存在下比均匀环境中预测的值更高。
2009-10-29 physics.optics
Combined evanescent-wave excitation and supercritical-angle fluorescence detection improves optical sectioning
倏逝波显微镜实现子衍射轴向切片限制荧光激发到一个薄层靠近细胞/基板界面。然而，这种光片到底有多薄，往往是未知的。特别是在流行的物镜型全内反射荧光显微镜（TIRFM）配置大偏离预期的指数衰减的倏逝波的强度已被报道。例如，非渐逝的激发光减弱了光学切片效果，降低了对比度，并使得TIRFM图像的量化不确定。在这里，我们使用方位角和极角光束扫描，暗场散射成像和原子力显微镜的组合，以确定这种不需要的背景荧光激发的来源。我们确定的杂散光源自显微镜的光学和物镜本身作为背景的主要来源，由于在反射界面和样品中的折射率边界处的倏逝波散射的微小贡献。除了激发光中的渐逝，从荧光团发射的光也可以显示可观察到的渐逝效应。只有位于盖玻片附近的荧光团才能将其近场辐射耦合成在超临界角度可检测的传播波。我们表明，选择性地检测这种超临界角荧光（SAF）通过高数值孔径物镜有效地拒绝从更深的样品区域的荧光，并提高光学切片。这里提出的显微镜方案合并了TIRF激发和SAF检测的好处，并提供了条件的定量宽场成像的荧光团动力学在或附近的质膜。
2013-02-06 physics.bio-ph physics.optics
Direct characterization of planar waveguide modes by Fourier plane fluorescence leakage radiation microscopy
在这封信中，泄漏辐射显微镜（LRM）扩展到表征平面波导模式（WMs），而不是表面等离子体激元（SPPs）利用WMs和荧光发射之间的耦合。从荧光LRM的傅里叶平面像可以同时快速地导出同一平面波导中不同波长的传输常数。数值模拟计算了这些模式的传播常数，与实验结果一致。我们的实验提供了一个简单而高效的方法来表征平面波导。
2011-09-21 physics.optics
Nanosecond compressive fluorescence lifetime microscopy imaging via the RATS method with a direct reconstruction of lifetime maps
随机时间信号（RATS）方法已被证明是测量光致发光（PL）动力学和荧光寿命成像（FLIM）的有用和通用的方法。在这里，我们提出了该方法的两个基本开发步骤。首先，我们证明，通过使用随机的数字激光调制在RATS，它是可能的，以纳秒为单位的时间分辨率实现PL动力学的测量。其次，我们提出了一种替代方法来评估FLIM测量的基础上，单像素相机实验。与标准评估不同，标准评估需要对每个时间点的PL图进行冗长的迭代重建，在这里，我们使用一组有限的预定PL寿命，并计算对应于每个寿命的振幅图。该替代方法显著节省了后处理时间，此外，在存在噪声的系统中，它在FLIM频谱图的准确性方面显示出更好的稳定性。除了确认扩展功能的模拟外，我们还将新的进展实施到显微镜光学设置中，用于在微米尺度上映射PL动力学。所提出的原则也通过映射LuAG：Ce晶体表面进行了实验验证。
2022-12-16 physics.bio-ph physics.optics
Combined selective plane illumination microscopy (SPIM) and full-field optical coherence tomography (FF-OCT) for in vivo imaging
本文提出一种集成SPIM与FF-OCT的高分辨率多模态成像系统，无需修改现有装置，通过共享检测路径实现荧光与结构数据共配准，并在斑马鱼幼鱼上验证了活体成像能力。
2024-12-18 physics.bio-ph physics.optics
Fifth Harmonic and Five-Photon Excitation Fluorescence Multiphoton Microscopy
本研究将五阶非线性光学过程应用于多光子显微技术，通过五次谐波和5光子激发荧光实现更高分辨率和更深穿透深度，适用于生物、材料、地质及半导体等领域。
2025-06-26 physics.optics
Digitally synthesized beat frequency multiplexing for sub-millisecond fluorescence microscopy
荧光成像是揭示生物样品分子组成的最广泛使用的方法。然而，荧光探针的弱光发射以及成像速度和灵敏度之间的权衡对于获取快速现象的无模糊图像是有问题的，例如活细胞和组织中的亚毫秒生化动力学以及高速流动的细胞。我们报告了一种解决方案，实现实时像素读出速率比现代电子倍增器电荷耦合器件（EMCCD）-高速荧光成像技术的黄金标准快一个数量级。被认为是使用射频多路复用激发（FIRE）的荧光成像，这种方法使用数字合成光场的拍频将图像映射到射频光谱中。我们展示了在4.4 kHz的帧速率下静止细胞的衍射限制共聚焦荧光成像，以及在大约每秒50，000个细胞的吞吐量下流动的荧光显微镜。
2013-03-05 physics.optics
Exploiting speckle correlations to improve the resolution of wide-field fluorescence microscopy
荧光显微镜在纳米科学和生物科学中是不可或缺的。用荧光染料标记靶结构的多功能性允许以宽视野以亚细胞分辨率可视化结构和功能。由于衍射极限，传统的光学显微镜仅限于分辨大于200 nm的结构。通过近场和远场超分辨显微镜方法可以提高分辨率。近场方法通常具有有限的视场，并且远场方法受到所涉及的常规光学器件的限制。在这里，我们介绍了一种结合高分辨率和宽视场荧光显微镜的方法，提高了传统的光学显微镜的分辨率，通过利用散斑照明的相关性，通过随机散射的高折射率介质：散斑相关分辨率增强（SCORE）。作为测试，我们收集了100 nm直径的染料掺杂纳米球的二维荧光图像。我们证明了一个解卷积分辨率为130 nm的视野为10 × 10 $\text{μm}^2$。
2014-10-08 physics.optics
Multiple Signal Classification Algorithm for super-resolution fluorescence microscopy
超分辨率显微镜通过解析远低于衍射极限的细节，为生物学提供了前所未有的见解。用于超分辨率的最先进的单分子定位显微镜（SMLM）技术受到长的采集和计算时间、或特殊荧光团或化学环境的需要的限制。在这里，我们提出了一种新的统计超分辨率技术的宽场荧光显微镜称为多重信号分类AL租m（音乐），它有几个优点SMLM技术。MUSICAL提供低至至少50 nm的分辨率，对帧数和激发功率的要求低，即使在高荧光团浓度下也能工作。此外，它与在记录的时间尺度上表现出闪烁的任何荧光团一起工作。我们比较了MUSICAL与SMLM和四种当代统计超分辨率方法的成像结果，用于体外肌动蛋白丝实验和独立研究小组提供的数据集。结果显示音乐的性能相当或更好。我们还证明了超分辨率在245毫秒的时间尺度（使用49帧，每秒200帧的采集速率）在活细胞微管和活细胞肌动蛋白丝的样品。
2016-12-11 physics.bio-ph physics.optics q-bio.QM
Dynamic Spectral fluorescence microscopy via Event-based & CMOS image-sensor fusion
本文提出融合事件传感器与CMOS的宽场荧光显微镜，结合衍射光学编码和深度神经网络，实现微秒级时间分辨与纳米级光谱区分，验证了超快动态光谱成像能力。
2024-10-21 physics.optics
Spatio-angular fluorescence microscopy I. Basic theory
我们介绍了荧光显微镜的空间-角度理论的基本要素，提供了一个统一的框架，用于分析系统，图像单个荧光偶极子和重叠偶极子标记生物分子的合奏。我们建模的消球差显微镜成像的合奏焦点荧光偶极子作为一个线性希尔伯特空间算子，我们表明，该算子采取一个特别方便的形式时，表示在一个基础上的复指数和球谐函数$-$的形式，我们称之为偶极的空间角传递函数。我们讨论了我们的分析对所有定量荧光显微镜研究的影响，并制定了一个完整的理论路径。
2019-01-03 physics.optics q-bio.QM
A versatile dual spot laser scanning confocal microscopy system for advanced fluorescence correlation spectroscopy analysis in living cell
提出了一种基于两个独立测量体积的荧光相关光谱系统。详细介绍了光学设置和数据采集硬件，以及控制测量体积的位置，大小和形状的完整协议。提出了一种允许独立地监测激发和收集效率分布的方法。最后，利用静态和/或扫描方案中的两个点的测量的几个例子，报告。
2009-07-29 physics.optics
Asynchronous-spectral fusion fluorescence microscopy for microsecond-scale behavioral dynamics
University of Utah（犹他大学）；Howard Hughes Medical Institute（霍华德·休斯医学研究所）
本文提出一种融合异步事件流与衍射编码CMOS测量的荧光显微镜架构，实现微秒级时间分辨率与光谱分辨的解耦，支持10万帧/秒的光谱追踪。
2026-03-19 physics.optics
Far-field Superresolution of Thermal Electromagnetic Sources at the Quantum Limit
在有限的空间带宽下，我们得到了在给定的成像系统中估计两个热点源的横向分离的最终量子极限。我们通过量子Cramér-Rao界证明，与传统直接成像中的瑞利极限相反，量子力学在估计甚至深亚瑞利分离时也不要求任何精度损失。我们提出了两种相干测量技术，很容易实现使用当前的线性光学技术，在任意大范围的分离接近量子极限。我们的边界是有效的任意源强度，所有区域的电磁波谱，并为任何成像系统的反演对称点扩散函数。测量方案可应用于所有波长的显微镜、光学传感和天体测量。
2016-11-28 physics.optics quant-ph
Mini-review on the temporal resolution of fluorescence imaging systems
生物学中快速发生事件的成像需要高时间分辨率。在这篇综述文章中，我试图研究一个近似估计，以量化的荧光成像系统的时间分辨率限制。已经认识到，时间分辨率基本上由以下事实确定：一旦被激发，几乎所有（$99.9\%$）激发分子弛豫到基态。我们确定了分子的$99.9\%$弛豫所需的时间约为$3τ_p = 3/{(k_f +k_{nr})\log_{10}e}$，其中$k_f +k_{nr}$是总发射速率。为了得到这个表达式，我们假设，探测器的量子效率是单位的，没有散射，也没有其他损失。我们进一步讨论了一些显微镜技术，能够高时间分辨率。这些技术包括多焦点多光子显微术（MMM）、多激发点光学显微术（MESO）和多光片显微术（MLSM）。
2014-07-24 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Full Field Supercritical Angle Fluorescence Microscopy for live cell imaging
我们介绍了一种全视场荧光成像技术，在样品/衬底界面处具有约100 nm的轴向限制。与标准的表面成像技术相反，这种限制是通过发射滤波获得的。该技术基于超临界排放选择性。它可以在任何具有商业高数值孔径物镜的落射荧光显微镜上实现，并提供实时表面成像能力。这种技术是活细胞膜和粘附研究特别感兴趣。使用HEK细胞，我们表明，可以同时观察到的表面和深入的细胞现象。
2013-07-19 physics.optics
3D Computational Cannula Fluorescence Microscopy enabled by Artificial Neural Networks
计算套管显微镜（CCM）是一种高分辨率的宽视场荧光成像方法，深入组织内部，这是微创的。手术套管不是使用传统的透镜，而是充当用于激发和荧光发射的光管，其中计算方法用于图像可视化。在这里，我们用人工神经网络增强CCM，使培养的神经元和荧光珠的3D成像成为可能，后者在体积模型内。我们的实验表明，横向分辨率~ 6 um，视场~ 200 um和轴向切片~ 50 um的深度下降到~ 700 um，所有实现的计算时间为~ 3 ms/帧的笔记本电脑上。
2020-07-18 eess.IV physics.optics
Light tailored by multimode fiber for multiphoton fluorescence microscopy
本研究提出将高斯光束注入石英渐变折射率多模光纤生成仅含方位角不变导模的光束，该极简低成本方法有效提升了双光子显微镜的轴向分辨率。
2024-04-23 physics.optics
A statistical resolution measure of fluorescence microscopy with finite photons
本文提出有限光子下荧光显微镜分辨能力的统计度量方法，结合衍射极限与光子统计特性，利用Cramer-Rao下界量化周期结构可分辨性，为现代荧光显微技术确立了含噪声的实际分辨率理论度量。
2023-02-07 physics.optics stat.AP
In vivo three- and four-photon fluorescence microscopy using a 1.8 $μ$m femtosecond fiber laser system
多光子显微镜使我们能够在体内成像细胞动力学。然而，用于用市售激光器成像的激发波长大多限于650-1040 nm之间。在这里，我们开发了一个飞秒光纤激光器系统，产生$\sim$ 150 fs的脉冲在1.8 $μ$ m。我们的系统从掺铒石英光纤激光器开始，其波长被转换为1.8 $μ$ m使用拉曼位移光纤。1.8 $μ$ m脉冲用两级Tm：ZBLAN光纤放大器放大。最终脉冲能量为$\sim$ 1 $μ$ J，足以用于体内成像。
2022-10-05 physics.optics
Sample Motion for Structured Illumination Fluorescence Microscopy
本研究针对结构照明显微镜需多照明模式的问题，提出利用单散斑照明和样品固有运动，从运动中拍摄的荧光图像联合估计运动与超分辨图像的方法，并通过仿真与实验验证了可行性。
2025-02-27 eess.IV physics.optics
Passive superresolution imaging of incoherent objects
本文提出被动超分辨技术HGI，通过在过完备埃尔米特-高斯模式基中测量空间模式分量并结合深度神经网络重建，在亚瑞利区实现三倍于直接成像的分辨率提升，且对散粒噪声具有鲁棒性。
2023-04-19 physics.optics quant-ph
Recurrent neural network-based volumetric fluorescence microscopy
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
使用荧光显微镜的样品体积成像在包括物理、医学和生命科学的各个领域中起着重要作用。在这里，我们报告了一个基于深度学习的体积图像推理框架，该框架使用由标准宽视场荧光显微镜在样本体积内的任意轴向位置稀疏捕获的2D图像。通过一个递归卷积神经网络，我们称之为递归MZ，来自样本内几个轴向平面的2D荧光信息被明确地结合起来，以在扩展的景深上数字重建样本体积。利用C.对于Elegans和纳米珠样品，证明了Recurrent-MZ将63 x/1.4 NA物镜的景深增加约50倍，还将对相同样品体积成像所需的轴向扫描次数减少30倍。我们通过显示其对不同成像条件的弹性，进一步说明了这种递归网络对3D成像的推广，包括例如，不同的输入图像序列，覆盖各种轴向排列和未知的轴向定位误差。Recurrent-MZ演示了递归神经网络在显微图像重建中的首次应用，并提供了一个灵活快速的体积成像框架，克服了当前3D扫描显微镜工具的局限性。
2020-10-21 cs.CV cs.LG physics.bio-ph
Optical Diffraction Tomography Meets Fluorescence Localization Microscopy
本文将单分子定位显微数据重新建模为无相位光学衍射层析系统，并提出联合优化框架，仅从SMLM帧中同时估计折射率图和荧光分子位置。
2023-07-18 eess.SP physics.optics
The noisy image retrieval for fluorescence digital microscopy
研究了消除显微镜光路中光学元件非线性引起的相位和振幅畸变的有效光学工具。这个鲁棒的过程描述了简单的理论模型被证明是成功的修复噪声与信号比接近100的图像。它表明，范Cittert-Zernike定理提供了足够的描述不完善的显微镜下工作的相干和非相干照明条件下，并有混浊介质的对象和中间平面。
2004-04-21 physics.med-ph physics.optics
Fluorescence microscopy beyond the ballistic regime by ultrasound pulse guided digital phase conjugation
荧光显微镜在过去的三十年里彻底改变了生物医学研究。其高分子特异性和无与伦比的单分子水平灵敏度使各种研究领域取得了突破。对于体内应用，其主要限制是表面成像深度，因为生物组织中的随机散射导致光波的弹道分量的指数衰减。在这里，我们提出了超越弹道制度相结合的单周期脉冲超声调制和数字光学相位共轭的荧光显微镜。我们证明了近各向同性的三维局部声-光相互作用的成像深度高达十三个散射路径长度。由于数字光学相位共轭系统提供了极高的光学增益，我们可以为高散射介质内的焦点提供足够的光功率，不仅可以用于荧光显微镜，还可以用于各种线性和非线性光谱测量。这项技术为基础生物学研究和临床研究中的许多重要应用铺平了道路。
2012-03-20 physics.ins-det physics.med-ph physics.optics
Developing a new biophysical tool to combine magneto-optical tweezers with super-resolution fluorescence microscopy
我们提出了一种新的实验装置，其中磁和光镊相结合的扭矩和力转导到单个丝状分子的横向配置，允许同时进行机械测量和操作。以前，我们已经开发了一种超分辨率成像模块，它与先进的成像技术，如闪烁辅助定位显微镜（BaLM）相结合，实现了单个荧光染料分子的定位精度结合到DNA的约30 nm沿分子的轮廓;我们的工作在这里描述了生产一个系统，结合镊子和超分辨率荧光成像的发展。该仪器还具有声光偏转器，可在时间上分割激光束，形成多个陷阱，用于高通量统计数据收集。我们开发新工具的动机是能够在拉伸/扭转机械测定中直接观察详细的分子拓扑变换和蛋白质结合事件定位，以前只能从DNA的端到端长度变化间接推断。我们的方法简单而强大，足以在实验室中复制，而不需要精确的硬件工程，但能够揭示使用传统工具隐藏的丝状分子的弹性和动态特性。
2015-06-23 physics.bio-ph physics.optics q-bio.BM
Retinal fluorescence microscopy in artificial ophthalmic environment: the Humanized Phantom Eye
幻影眼装置被设计成模仿人眼的光学特性;然而，视网膜结构通常用合成组织来模拟。因此，目前不可能利用幻影眼装置对培养物或离体组织进行荧光显微镜实验，尽管这些眼科测量对于许多应用例如视网膜生物标志物的测试将是重要的。在这里，我们报告和描述了一个幻影眼的发展，旨在宿主生物样品，如视网膜培养分化的人诱导多能干细胞。我们表征了人源化幻眼在标准生物标志物如Alexa Fluor 532和Alexa fluor 594上的成像性能。
2022-11-22 physics.med-ph physics.optics
Improving Richardson--Lucy Deconvolution with Diffusion Priors for Fluorescence Microscopy
University of Notre Dame（圣母大学）
针对荧光显微镜反卷积的ill-posed问题，提出将基于分数的扩散先验集成到Richardson-Lucy迭代框架中，在保持泊松数据一致性的同时抑制噪声放大，改善低光子计数下弱丝状和点状结构的重建。
2026-08-27 eess.IV physics.optics
Super-resolution Live-cell Fluorescence Lifetime Imaging
该研究将超分辨率结构光照明显微镜与电光荧光寿命成像结合，提出SIMFLIM技术，实现156 nm分辨率的高帧率活细胞理化参数监测，可用于多重成像、环境传感等场景。
2025-02-23 physics.optics
Computational TIRF enables optical sectioning beyond the evanescent field for widefield fluorescence microscopy
计算TIRF通过深度学习实现宽场荧光显微镜超越衰减场的光学分层，无需光学修改即可生成TIRF-like图像，并在密集标记样本中实现单帧和体积分层重建。
2026-01-23 cs.AI physics.optics
Noninvasive megapixel fluorescence microscopy through scattering layers by a virtual reflection-matrix
本文提出利用少量宽场荧光图像构建虚拟反射矩阵，经矩阵散射补偿算法实现散射层后非侵入式百万像素荧光成像，无需空间光调制器，计算高效。
2023-12-26 physics.app-ph physics.optics
Non-degenerate 2-photon excitation in scattering medium for fluorescence microscopy
用两个不同光子能量的激光束对荧光团进行非简并双光子激发（ND-2 PE），为每个光束的光子通量的调谐提供了独立的自由度。该特征利用在3光子显微镜中使用的红外波长来实现增加的穿透深度，同时保持相对高的简并2光子激发（D-2 PE）截面，超过用3光子激发可实现的。在这里，使用空间和时间上对齐的钛：蓝宝石激光器和光学参量振荡器光束工作在近红外（NIR）和短波红外（SWIR）的光学频率，分别，我们提供了一个实际的演示，在散射介质中的非简并制度激发的荧光团的发射强度是更有效的比常用的D-2 PE。
2016-04-01 physics.optics
