1、超分辨定位成像（Super-resolution localization microscopy，或簡(jiǎn)稱定位成像）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了納米量級(jí)的空間分辨率，成為生命科學(xué)領(lǐng)域極具潛力的研究工具之一。定位成像本質(zhì)上是依賴單分子成像實(shí)現(xiàn)的，然而單分子的熒光信號(hào)通常在幾百至幾千個(gè)光子，并且要覆蓋多個(gè)像素，所以單分子微弱信號(hào)的探測(cè)是實(shí)現(xiàn)定位成像的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的定位成像通常使用讀出速度較慢（10MHz）的弱光探測(cè)器--電子倍增電荷耦合器件（Electr

2、on multiplying charge coupled device,EMCCD），成像通量較小，限制了該技術(shù)在大樣本超分辨成像（如亞突觸水平神經(jīng)回路成像）等方面的應(yīng)用。因此研究適用于定位成像的新型弱光探測(cè)方法對(duì)提高成像通量是必要的。本文圍繞該問(wèn)題，建立了一套研究弱光探測(cè)器的超分辨定位成像能力的方法。具體內(nèi)容如下：
　?。?）通過(guò)表征探測(cè)器噪聲和光子傳遞曲線等特性，從弱光探測(cè)靈敏度和成像信噪比等方面定量研究不同類型弱光探測(cè)器的

3、整體成像性能。結(jié)果表明：(i)在弱光探測(cè)靈敏度方面，以Andor iXon897為代表的EMCCD相機(jī)在電子倍增工作模式下具有最高靈敏度（最小可探測(cè)器限為2 photon），以 Hamamatsu Flash4.0為代表的sCMOS相機(jī)的靈敏度稍差（最小可探測(cè)限為3 photon）；(ii)在成像信噪比方面， EMCCD相機(jī)在極微弱信號(hào)強(qiáng)度下（<13 photon/pixel）成像信噪比最高，但是隨著信號(hào)強(qiáng)度的增加，sCMOS相機(jī)的成像

4、信噪比優(yōu)于EMCCD相機(jī)；(iii)sCMOS相機(jī)具備并行高速數(shù)據(jù)讀出能力，其讀出速度（以Hamamatsu Flash4.0為例，400MHz）比EMCCD相機(jī)（iXon897為10MHz）快四十倍，但是sCMOS相機(jī)的成像均勻性較差。綜合以上發(fā)現(xiàn)，sCMOS有望為提高定位成像的成像速度和通量提供新的有效途徑。
　?。?）基于點(diǎn)狀發(fā)光體的重復(fù)成像與定位，發(fā)展了一種通過(guò)定量表征探測(cè)器的單分子探測(cè)和定位能力的實(shí)驗(yàn)方法。結(jié)果表明，該方

5、法對(duì)定位精度的測(cè)量達(dá)到了1nm的精度。進(jìn)一步利用該方法，首次演示了在超分辨定位成像的典型信號(hào)范圍（50-2000 photon/pixel）內(nèi)，商品化sCMOS相機(jī)（Hamamatsu Flash4.0）可以表現(xiàn)出優(yōu)于EMCCD（Andor iXon897）的成像性能。此發(fā)現(xiàn)證實(shí)sCMOS相機(jī)有能力代替常用的EMCCD相機(jī)，將定位成像的成像通量提高40倍，為亞突觸水平神經(jīng)回路成像提供了新的探測(cè)途徑。
　?。?）基于仿真方法，利用單

6、分子成像模型及固定圖形噪聲模型，系統(tǒng)研究了sCMOS相機(jī)的成像不均勻性對(duì)單分子定位的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(i)固定圖形噪聲幾乎對(duì)定位精度沒(méi)有影響，但是會(huì)引入一定的定位偏差；(ii)當(dāng)額外增加像素固定圖形噪聲一半強(qiáng)度的列固定圖形噪聲時(shí)定位偏差相應(yīng)的只增加了~20％。對(duì)Hamamatsu Flash4.0sCMOS相機(jī)而言，其像素固定圖形噪聲要高于列固定圖形噪聲~3-5倍。因此，該sCMOS相機(jī)的列固定圖形噪聲對(duì)單分子定位的影響很難察覺(jué)。該結(jié)論