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文檔簡介
1、光學顯微系統(tǒng)具有三維、實時、無損的成像特點,是現(xiàn)代生物研究中的重要工具之一,但受衍射限制,光學顯微系統(tǒng)的分辨率較低。近年來,一系列熒光超分辨顯微技術成功打破了衍射極限,其中三位創(chuàng)始人被授予2014年諾貝爾化學獎。在超分辨技術中,受激輻射淬滅顯微技術作為最早實現(xiàn),且光學設計原理最直接的超分辨技術,以其三維、實時等成像特點,具有廣泛的應用前景。然而對普通熒光染料,受激輻射淬滅顯微技術實現(xiàn)淬滅過程的功率密度需求較高,對活細胞成像應用造成了障礙
2、。
稀土上轉換材料是近年來新興的一種無機熒光材料,具有激發(fā)態(tài)多、發(fā)光穩(wěn)定、無閃爍、熒光壽命長且合成高度可控等一系列特點,被廣泛應用于生物成像、探測等領域。其中以摻鉺或銩作為激活離子的上轉換納米材料應用最為普遍。本論文將摻銩上轉換納米材料應用于超分辨技術,利用其高摻雜和長熒光壽命等特點,實現(xiàn)了低功率受激輻射淬滅超分辨和高容量熒光壽命解碼定位。各章的主要內容如下:
首先搭建了以鈦藍寶石振蕩器作為淬滅光源的連續(xù)波長受激輻射
3、淬滅超分辨系統(tǒng),在熒光納米小球上實現(xiàn)了約71 nm的超高分辨率,并對細胞骨架和RNA分子等精細生物結構進行了超分辨成像。結果表明,以鈦藍寶石振蕩器作為連續(xù)波長淬滅激光源可以降低系統(tǒng)的復雜度和成本,但對有機染料進行超分辨成像時需要較高的淬滅功率密度,這對活細胞成像應用造成障礙。
其次,將摻銩稀土上轉換納米材料應用于受激輻射淬滅顯微系統(tǒng),擬利用稀土元素長熒光壽命特點降低淬滅功率密度需求。根據稀土元素銩的多中間態(tài)特點,設計了中間態(tài)梯
4、式淬滅機制。對不同激活離子摻雜濃度納米顆粒樣本的淬滅效率進行了系統(tǒng)測量,結果表明高摻樣本可以大幅降低受激輻射淬滅的功率密度需求,而低摻樣本與預期不同,不能有效實現(xiàn)淬滅。其中銩離子摻雜4%和8%的納米材料樣本的飽和強度同有機染料相比降低了兩個數(shù)量級。系統(tǒng)在高摻納米顆粒樣本上成功實現(xiàn)低功率密度的超分辨成像。
再次,深入研究高摻上轉換材料降低淬滅光功率密度需求的機理,證實與低摻樣本相比,高摻激活離子帶來交叉弛豫速率提高,引起光子雪崩
5、顯著增強,促使處于中間態(tài)的激活離子數(shù)量迅速增加,從而實現(xiàn)對基態(tài)的粒子數(shù)反轉,最終易于實現(xiàn)受激輻射淬滅。對照實驗表明低摻交叉弛豫速率降低,難以發(fā)生光子雪崩。而后系統(tǒng)性的對時間、功率密度、材料合成等多重因素對摻銩上轉換材料受激輻射淬滅過程的影響。
最后,針對傳統(tǒng)熒光編碼容量受局限的問題,利用上轉換納米顆粒的熒光壽命高度可控特性,成功實現(xiàn)具有高容量的基于熒光壽命編碼解碼的新型定位解析技術,適用于共定位等位置信息分析的應用。通過實驗論
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