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恭賀第33屆國際高速成像與光子學會議盛大召開（II）—sCMOS相機在細胞與生物成像領域應用

第33屆國際高速成像與光子學會議16日在深圳盛大開幕，會議匯集全球前沿成像技術的最新進展。上期介紹了sCMOS相機在X射線閃爍體成像、計算成像和高能物理領域中的應用，本期將聚焦生物醫學中細胞與生物成像領域，結合中科君達視界自研的千眼狼Gloria系列sCMOS相機相關實踐驗證，分享SIM超分辨率成像，單分子熒光成像、寬場熒光成像中的典型應用。

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1SIM超分辨率成像

傳統光學顯微鏡受制于衍射極限，難以清晰呈現100nm尺度的細胞精細結構。結構光照明顯微SIM是一種寬場超分辨成像技術，通過空間調制照明與頻域重建算法，可將空間分辨率提升至~100nm，應用于細胞骨架、線粒體網絡等亞細胞結構的高精度觀測。SIM成像依賴于多幀不同相位和方向的條紋圖像進行傅里葉域重建，因此對相機采集速度、信噪比、視場均有要求。千眼狼sCMOS相機Gloria 4.2具備95%峰值量子效率與1.2 e-讀出噪聲，確保低光毒性下獲得高信噪比的原始圖像，2048×2048分辨率下＞100 fps高速采集能力，有效覆蓋更大細胞區域并降低運動偽影。

某實驗將高量子效率的Gloria 4.2科學相機集成于SIM超分辨顯微系統，實現100 fps下對細胞樣本的百納米級分辨率成像，突破衍射極限，清晰可辨微管纖維分支點、交叉形態等（見圖1）。

圖1

2單分子熒光成像

單分子熒光成像是研究蛋白質動態、DNA-蛋白互作、膜受體擴散等分子生物學過程的核心技術。成像核心挑戰在于單分子發射光子數僅20~30光子水平，信號極易被探測器噪聲淹沒。

中科君達視界提供的千眼狼sCMOS相機 Gloria 1605，通過工藝和電路設計優化，讀出噪聲已降至0.9 e-水平，并在實時噪聲抑制算法加持下進一步消除背景干擾，捕捉到清晰的僅20光子級別的單分子熒光信號，見圖2。

圖2

3寬場熒光成像

寬場熒光成像是生命科學研究中最基礎、應用最廣的成像模態，適用于細胞標記、亞細胞器定位、基因表達分析等場景。千眼狼Gloria系列sCMOS相機已應用于轉盤共聚焦、光片顯微鏡、流式細胞儀等多種寬場成像系統，其靈敏度、均衡性、穩定性已得到實踐驗證，見圖3。

圖3

千眼狼sCMOS相機正通過高量子效率、低讀出噪聲、視野與幀率的均衡結合，改變細胞與生物成像的技術格局：SIM超分辨率成像，大視場與高幀率保障了計算重建精度與效率；單分子熒光成像，低讀出噪聲與高量子效率實現了20光子級別極弱信號的捕獲；寬場熒光成像，均衡的綜合性能支撐了活細胞長時間高動態觀測…千眼狼科學儀器將繼續鉆研先進成像技術，為細胞與生物成像領域研究提供高效精準的科學成像解決方案。

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