重建了显微镜100倍精度提高

美国康奈尔大学的科学家们发明了一种方法来克服挫折研究者可以面对高分辨率显微镜技术不够精确。Itai科恩和詹姆斯Sethna的团队提高胶体图像精度在10 - 100倍,每天通过比较图像与计算机重建成本约0.10美元(£0.08)运行一个小时。的方法是通用的方法从理论上科学图像分析,提取有用的信息包含在一个复杂的形象”,康奈尔大学的团队。

研究人员开发了参数提取后重建图像(妖精)方法努力跟踪球形胶体粒子的运动。尽管使用共焦显微镜提供足够的分辨率看到他们感兴趣的小颗粒,可怜的精度意味着研究人员不能确定它们的大小和位置。

布莱恩·莱希最大化精密,科恩的学生专攻显微镜,曾与Sethna的学生马修·Bierbaum理论家。识别不精确的起源和找到方法来描述和重建他们数学“磅他们的大脑英勇地”,科恩说。

团队意识到,比较重建和实验图像可以改善粒子测量位置和大小。他们可以减去中记录的值产生的图像的重建,看看他们不同意,和调整重建减少分歧。

Bierbaum莱希不得不仔细的搜索所有可能影响图像的问题,只选择那些真正重要的精确测量。例如,他们丢弃的粒子运动的影响而显微镜扫描在他们的样品,因为他们发现这是小于他们理论上可以达到的精度水平。

博士学位的研究人员却发现,在显微镜的镜头畸变,导致光照射到样本模糊的点扩散函数很重要。也不完美在分布的荧光染料混合样本,条纹的照明光本身和背景噪音。莱希然后Bierbaum设计个人数学重建的问题,每一个在一个截然不同的公式。

非凡的价值

图像在生成的重建需要1000万像素和6000个变量,包括样本中每个粒子的三维坐标。并详细研究他们的样品,他们需要重建成千上万的图片。这听起来可怕,但科恩说,最难的部分是奠定了基础,而接下来的图像处理成为例行公事。电脑它需要一天的时间在康奈尔大学计算机和亚马逊的云主机,花费几美元,分析每个图像。“微不足道的现代实验室,然后精度提高100倍,这是惊人的,”科恩激动地说。

仙女启用康奈尔大学的科学家测量胶体粒子的半径,这已经非常困难,纳米精度,科恩补充说。因此他们能够确认静电势的值这些纳米尺度的粒子之间的作用。然而,更广泛的影响。你可以与任何显微镜考虑这样做,”科恩强调。

哈佛大学的Vinothan Manoharan同意,仙女是普遍适用的,但指出,它将需要修改,可能大幅。它的一个优势是,它需要许多更少的选择如何清理比现有的图像处理技术,他补充道。”,简化了过程,这使得结果不太敏感的特定选择的人做分析,为再现性是很重要的,”Manoharan说。

克洛斯韦恩英国格拉斯哥大学的观察,美人不是技术一样重要的一项发明使科学家们挑选功能衍射极限以下澳门万博公司。它提取的最大数量的信息,但不增加图像的分辨率,他强调。

莱希现在将这项技术应用到透射电子显微镜在Manoharan团队,和Sethna组是超导量子干涉器件看着显微镜。与此同时,科恩集团是应用这些技术疯狂胶体悬浮液的。科学家们也有他们重建代码开源,所以其他共焦显微镜工作者可以应用它。这是需要修补的人把这个应用到自己的显微镜,”科恩说,“但它基本上是做。”