柱透镜优化提升3D-STORM超分辨成像的单分子轴向定位精度

3D-STORM超分辨成像是一种先进的光学成像技术，它通过利用随机光学原理突破传统光学的分辨率极限，实现了对微观世界中单分子级别的空间定位。在这个领域，一项关键的研究集中在优化单分子的轴向定位精度，这对于生物学研究、材料科学以及纳米技术等领域具有重要意义。 本文主要针对的是柱透镜在3D-STORM成像中的作用，柱透镜的非对称散光特性是实现三维随机光学重建的关键组件。作者张世超及其团队在Olympus IX-83倒置荧光显微镜上构建了一个实验平台，通过使用三个不同焦距的柱透镜进行实验，目的是探究柱透镜参数如何影响点扩散函数的椭圆率，进而影响荧光分子在三维空间中的轴向定位精度。 研究发现，柱透镜参数的选择直接影响着标定曲线的线性变化范围和斜率。通过优化柱透镜的选择，他们能够确保标定曲线在焦平面上下1微米范围内保持良好的线性变化，这意味着在这一范围内，单分子的轴向定位精度可以达到大约16纳米，这是非常高的分辨率水平。这样的精确度有助于研究人员获得更清晰、更细致的生物样品结构信息，例如在肌动蛋白微丝的三维超分辨成像中，优化的标定曲线发挥了重要作用。 这项工作得到了国家重大科研仪器研发项目和基金委面上项目的资助，显示了学术界对该技术研究的重视。论文的通讯作者李辉作为单分子生物物理及超分辨率荧光显微技术领域的专家，对整个研究过程起到了指导作用，并强调了柱透镜参数优化的重要性。通过这项研究，作者们不仅提升了3D-STORM成像的性能，还为其他科研人员提供了宝贵的经验和参考，推动了超分辨率显微成像技术的发展。 这篇研究论文深入探讨了柱透镜在3D-STORM成像中的精确调控，为提升单分子轴向定位精度提供了有效的策略和方法，为未来在生物学、物理学和工程学等领域的应用奠定了坚实的基础。