SIM 的原理

結構光照明顯微成像（Structure Illumination Microscopy, SIM）最早是在2005年由 Mats Gustafsson 開(kāi)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(jué)的效應。

摩爾紋：由兩個(gè)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。當兩條線(xiàn)或兩個(gè)物體之間以恒定的角度和頻率發(fā)生干涉，而人眼無(wú)法分辨這兩條線(xiàn)或兩個(gè)物體時(shí)，只能看到干涉的花紋。

當兩個(gè)小尺寸（高頻）網(wǎng)格疊加覆蓋在最右邊的圖像中時(shí)，它們之間發(fā)生干涉后就會(huì )顯示一個(gè)較大尺寸（低頻）的網(wǎng)格，這個(gè)網(wǎng)格會(huì )包含兩個(gè)較小網(wǎng)格的信息。

▲ 兩個(gè)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(shí)際使用時(shí)，通過(guò)在照明光路中插入一個(gè)結構光的發(fā)生裝置（如光柵，空間光調制器，或者數字微鏡陣列DMD等），照明光受到調制后，形成亮度規律性變化的圖案，然后經(jīng)物鏡投影在樣品上，調制光所產(chǎn)生的熒光信號再被相機接收。

通過(guò)移動(dòng)和旋轉照明圖案使其覆蓋樣本的各個(gè)區域，并將拍攝的多幅圖像用軟件進(jìn)行組合和重建，就可以得到該樣品圖像了。

SIM 的應用

結構光光切顯微鏡是一種先進(jìn)的光學(xué)成像技術(shù)，通過(guò)使用特殊的光學(xué)照明系統，實(shí)現去除焦平面以外雜散信號的目的，從而實(shí)現對樣品的光學(xué)層切掃描，進(jìn)而實(shí)現三維重構。其應用領(lǐng)域廣泛，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

1.       定量、定性、定時(shí)、定位測定：可對細胞形狀、周長(cháng)、面積、平均熒光強度及細胞內顆粒數等參數進(jìn)行自動(dòng)測定。能對細胞的溶酶體、線(xiàn)粒體、內質(zhì)網(wǎng)、細胞骨架、結構性蛋白質(zhì),DNA,RNA,酶和受體分子等細胞內特異結構的含量、組分及分布進(jìn)行定量、定性、定時(shí)及定位測定。

2.       三維重構：對活細胞行無(wú)損傷的“光學(xué)切片"這種功能也被形象的稱(chēng)為“顯微 CT"，可獲得標本真正意義上的三維數據，經(jīng)計算機圖像處理及三維重建，可產(chǎn)生生動(dòng)逼真的三維效果，從而能靈活、直觀(guān)地進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀(guān)察，并揭示亞細胞結構的空間關(guān)系。

3.       生物樣品增殖、凋亡：用于數小時(shí)的長(cháng)時(shí)程定時(shí)掃描,記錄細胞遷移和生長(cháng)等細胞生物學(xué)現象。胚胎學(xué)和發(fā)育生物學(xué)：線(xiàn)蟲(chóng)、果蠅和斑馬魚(yú)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，氧化應激檢測，吞噬作用，內吞作用，受體的內化，細胞信號傳導及通信，細胞運動(dòng)，細胞內區隔化，蛋白質(zhì)合成與降解，細胞和生物物理調控。酵母和細菌研究。干細胞研究和3D培養?？蓪毎鲋?、凋亡過(guò)程進(jìn)行圖像采集，可結合熒光漂白恢復技術(shù)(FRAP) ，漂白過(guò)程中的熒光丟失 (FLIP)技術(shù)，對細胞隨時(shí)間的增減變化進(jìn)行圖像采集，數據分析。

4.       細胞內外部通訊：可以通過(guò)熒光標記不同標記物，對離子、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的轉運，作用機制進(jìn)行追蹤，分析?？山Y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(guò)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(kāi)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。研究現有探針更多的應用，研究現有探針可攜帶更多的標記物。

SOPTOP M-SIM6000結構光光切顯微系統，采用最新的結構光照明技術(shù)，尤其針對厚樣品的高速、高質(zhì)量三維成像而設計，集觀(guān)察、分析于一身，可實(shí)現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(shí)現高清晰度的3D圖像構建。