SIM 的原理

結(jié)構(gòu)光照明顯微成像（Structure Illumination Microscopy, SIM）最早是在2005年由 Mats Gustafsson 開發(fā)并提出的，其基本原理是基于摩爾紋（Moire pattern）——一種常用于產(chǎn)生光學(xué)錯覺的效應(yīng)。

摩爾紋：由兩個空間頻率相近的周期性光柵圖形疊加而形成的光學(xué)條紋。當(dāng)兩條線或兩個物體之間以恒定的角度和頻率發(fā)生干涉，而人眼無法分辨這兩條線或兩個物體時，只能看到干涉的花紋。

當(dāng)兩個小尺寸（高頻）網(wǎng)格疊加覆蓋在最右邊的圖像中時，它們之間發(fā)生干涉后就會顯示一個較大尺寸（低頻）的網(wǎng)格，這個網(wǎng)格會包含兩個較小網(wǎng)格的信息。

▲ 兩個相互成一定角度重疊的細網(wǎng)格相互干涉形成的摩爾紋

在實際使用時，通過在照明光路中插入一個結(jié)構(gòu)光的發(fā)生裝置（如光柵，空間光調(diào)制器，或者數(shù)字微鏡陣列DMD等），照明光受到調(diào)制后，形成亮度規(guī)律性變化的圖案，然后經(jīng)物鏡投影在樣品上，調(diào)制光所產(chǎn)生的熒光信號再被相機接收。

通過移動和旋轉(zhuǎn)照明圖案使其覆蓋樣本的各個區(qū)域，并將拍攝的多幅圖像用軟件進行組合和重建，就可以得到該樣品圖像了。

SIM 的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)光光切顯微鏡是一種先進的光學(xué)成像技術(shù)，通過使用特殊的光學(xué)照明系統(tǒng)，實現(xiàn)去除焦平面以外雜散信號的目的，從而實現(xiàn)對樣品的光學(xué)層切掃描，進而實現(xiàn)三維重構(gòu)。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括但不限于以下幾個方面：

1.       定量、定性、定時、定位測定：可對細胞形狀、周長、面積、平均熒光強度及細胞內(nèi)顆粒數(shù)等參數(shù)進行自動測定。能對細胞的溶酶體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細胞骨架、結(jié)構(gòu)性蛋白質(zhì),DNA,RNA,酶和受體分子等細胞內(nèi)特異結(jié)構(gòu)的含量、組分及分布進行定量、定性、定時及定位測定。

2.       三維重構(gòu)：對活細胞行無損傷的“光學(xué)切片"這種功能也被形象的稱為“顯微 CT"，可獲得標本真正意義上的三維數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機圖像處理及三維重建，可產(chǎn)生生動逼真的三維效果，從而能靈活、直觀地進行形態(tài)學(xué)觀察，并揭示亞細胞結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系。

3.       生物樣品增殖、凋亡：用于數(shù)小時的長時程定時掃描,記錄細胞遷移和生長等細胞生物學(xué)現(xiàn)象。胚胎學(xué)和發(fā)育生物學(xué)：線蟲、果蠅和斑馬魚的發(fā)育和信號機制。細胞生物學(xué)和植物生物學(xué)：細胞凋亡，細胞自噬，細胞周期，細胞代謝，細胞跟蹤和追蹤，細胞毒性，氧化應(yīng)激檢測，吞噬作用，內(nèi)吞作用，受體的內(nèi)化，細胞信號傳導(dǎo)及通信，細胞運動，細胞內(nèi)區(qū)隔化，蛋白質(zhì)合成與降解，細胞和生物物理調(diào)控。酵母和細菌研究。干細胞研究和3D培養(yǎng)?？蓪毎鲋?、凋亡過程進行圖像采集，可結(jié)合熒光漂白恢復(fù)技術(shù)(FRAP) ，漂白過程中的熒光丟失 (FLIP)技術(shù)，對細胞隨時間的增減變化進行圖像采集，數(shù)據(jù)分析。

4.       細胞內(nèi)外部通訊：可以通過熒光標記不同標記物，對離子、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的轉(zhuǎn)運，作用機制進行追蹤，分析。可結(jié)合熒光共振能量傳遞技術(shù) (FRET) ，分析分子間的互相作用。該技術(shù)可以用于研究胚胎發(fā)生、生殖發(fā)育、神經(jīng)生物學(xué)、腫瘤發(fā)生等過程中縫隙連接通訊的基本機制和作用，也可用于鑒別對縫隙連接作用有潛在毒性的化學(xué)物質(zhì)。

5. 熒光探針的研究：開發(fā)試驗新型的熒光探針，利用生化材料合成新型的熒光探針。研究現(xiàn)有探針更多的應(yīng)用，研究現(xiàn)有探針可攜帶更多的標記物。

SOPTOP M-SIM6000結(jié)構(gòu)光光切顯微系統(tǒng)，采用最新的結(jié)構(gòu)光照明技術(shù)，尤其針對厚樣品的高速、高質(zhì)量三維成像而設(shè)計，集觀察、分析于一身，可實現(xiàn)XY方向240nm，Z方向600nm光學(xué)分辨率，有效去除焦平面以外的雜散光，實現(xiàn)高清晰度的3D圖像構(gòu)建。