Ultrafast Bioimaging

超快生物成像

基本信息

  • 批准号:
    10477387
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-01 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary: The PI proposes to develop an ultrafast bioimaging program which could open a new area of investigation and lead to a series of fundamental scientific discoveries. Space and time, two key physical dimensions, constitute the basis of modern metrology. In bio-imaging, as recognized by the 2014 Nobel Prize in chemistry, there have been breathtaking advances in improving the spatial resolution of microscopic imaging, resulting in an impressive arsenal of nanoscopy tools that can break the diffraction limit of light. Despite equally important, the pursuit of a high-temporal resolution has only recently caught attention thanks to the emergence of several enabling technologies. The motivation to develop these ultrafast imagers originates from the landscape shift of the contemporary biology from morphological explorations and phenotypic probing of organisms to seeking quantitative insights into underlying mechanisms at molecular levels. The transient molecular events occur at a timescale varying from tens and hundreds of microseconds that ligands take to bind, to tens of femtoseconds that molecules take to vibrate. Ultrafast imaging, therefore, is essential for observation and characterization of such dynamic events. Heretofore, most ultrafast phenomena at microscopic scales were probed using non-imaging-based methods. However, since most transient molecular events are a consequence of a cascade of molecular interactions, rather than occurring in isolation, the lack of images limits the scope of the analysis. On the other hand, despite the capability of capturing two-dimensional images, conventional cameras based on electronic image sensors, such as CCD and CMOS, fall short in providing a high frame rate under desirable imaging conditions due to electronic bandwidth limitations (data transfer, digitalization, and writing). To solve this fundamental problem, our strategy is to introduce the paradigm of compressed sensing into high-speed optical imaging. Rather than measuring each spatiotemporal voxel of an event datacube, we will leverage the compressibility of biological scenes and thereby utilizes the camera’s bandwidth more efficiently— the image data is compressed before being digitalized and transferred to the host computer. This feature will make our approaches especially advantageous for recording high-speed image data, which otherwise would require tremendous camera bandwidth and hardware resources if measured under Nyquist sampling. Based on this strategy, we will explore ultrafast bioimaging at a frame rate from a few MHz to ten THz, a range which is essential for understanding the biomolecular behaviors but currently inaccessible by conventional high-speed cameras. The resultant research program will ultimately lead to a new generation of ultrafast bioimagers and make transformative advancements to the state-of-the-art methods.
项目摘要:PI提议开发一个超快生物成像项目,该项目可以开辟一个新领域 空间和时间这两个关键的物理现象。 维度构成了现代计量学的基础,并获得了 2014 年诺贝尔奖的认可。 化学,在提高显微成像的空间分辨率方面取得了惊人的进步, 产生了令人印象深刻的纳米显微镜工具库,可以突破光的衍射极限。 重要的是,由于出现了以下问题,对高时间分辨率的追求最近才引起人们的关注 开发这些超快成像仪的动机源于多种支持技术。 当代生物学从形态学探索和表型探索的景观转变 有机体寻求分子水平上潜在机制的定量见解。 分子事件发生的时间尺度从配体结合所需的数十到数百微秒不等, 因此,分子振动需要数十飞秒,超快成像对于观察至关重要。 以及此类动态事件的表征。 迄今为止,大多数微观尺度的超快现象都是使用非成像技术来探测的 然而,由于大多数瞬态分子事件是分子级联的结果。 另一方面,缺乏图像限制了分析的范围。 另一方面,尽管能够捕捉二维图像,但基于电子的传统相机 图像传感器(例如 CCD 和 CMOS)无法在所需成像下提供高帧速率 由于电子带宽限制(数据传输、数字化和写入)而导致的条件。 为了解决这个基本问题,我们的策略是将压缩感知范式引入到 我们将不再测量事件数据立方体的每个时空体素。 利用生物场景的可压缩性并更有效地利用相机的带宽,从而 图像数据在数字化并传输到主机之前会被压缩。 使我们的方法特别有利于记录高速图像数据,否则会 如果基于奈奎斯特采样进行测量,则需要巨大的相机带宽和硬件资源。 根据这一策略,我们将探索帧速率从几 MHz 到 10 THz 的超快生物成像,该范围是 对于理解生物分子行为至关重要,但目前传统高速无法实现 由此产生的研究项目将最终产生新一代超快生物成像仪和相机。 对最先进的方法做出变革性的进步。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Robust structured-light depth mapping via recursive decomposition of binary codes.
  • DOI:
    10.1117/1.oe.58.6.060501
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Xiaohua Feng;Liang Gao
  • 通讯作者:
    Xiaohua Feng;Liang Gao
Continuously streaming compressed high-speed photography using time delay integration.
  • DOI:
    10.1364/optica.437736
  • 发表时间:
    2021-12-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
  • 通讯作者:
Photoacoustic shadow-casting microscopy.
光声阴影投射显微镜。
  • DOI:
    10.1364/ol.44.003897
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Mora,JorgeTordera;Feng,Xiaohua;Gao,Liang
  • 通讯作者:
    Gao,Liang
Plenoptic Face Presentation Attack Detection.
全光面部呈现攻击检测。
Compact light field photography towards versatile three-dimensional vision.
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-31087-9
  • 发表时间:
    2022-06-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Liang Gao其他文献

Liang Gao的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Liang Gao', 18)}}的其他基金

Kilohertz 3D Optical Mapping of Atrial Fibrillation in Beating Zebrafish Hearts
斑马鱼心脏跳动中心房颤动的千赫兹 3D 光学测绘
  • 批准号:
    10510352
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
Kilohertz volumetric imaging of neuronal action potentials in awake behaving mice
清醒行为小鼠神经元动作电位的千赫兹体积成像
  • 批准号:
    10515267
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
Kilohertz 3D Optical Mapping of Atrial Fibrillation in Beating Zebrafish Hearts
斑马鱼心脏跳动中心房颤动的千赫兹 3D 光学测绘
  • 批准号:
    10640170
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
"FLEXIBLE LIGHT FIELD 3D ENDOSCOPY
“灵活光场 3D 内窥镜
  • 批准号:
    10160906
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
"FLEXIBLE LIGHT FIELD 3D ENDOSCOPY
“灵活光场 3D 内窥镜
  • 批准号:
    9974190
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
Ultrafast Bioimaging
超快生物成像
  • 批准号:
    10242869
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
Ultrafast Bioimaging
超快生物成像
  • 批准号:
    10124908
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
Ultrafast Bioimaging
超快生物成像
  • 批准号:
    9753288
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:

相似国自然基金

自我护理模式下老年慢性病患数字化个人健康信息认知行为及其注意力和脑神经机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
儿童青少年注意力的行为与脑发育关键指标研究
  • 批准号:
    62177035
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    47 万元
  • 项目类别:
    面上项目
非工作上网行为对知识型员工工作绩效的影响机制及组织对策研究
  • 批准号:
    71901201
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于时空内部注意力和动作聚合双流网络模型的新生儿全身运动评估
  • 批准号:
    61906022
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于注意力机制的多视角人群场景下的异常行为识别和理解
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    36 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Naturalistic Social Communication in Autistic Females: Identification of Speech Prosody Markers
自闭症女性的自然社交沟通:语音韵律标记的识别
  • 批准号:
    10823000
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
Implementing SafeCare Kenya to Reduce Noncommunicable Disease Burden: Building Community Health Workers' Capacity to Support Parents with Young Children
实施 SafeCare Kenya 以减少非传染性疾病负担:建设社区卫生工作者支持有幼儿的父母的能力
  • 批准号:
    10672785
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
Focused ultrasound for memory disorders
聚焦超声治疗记忆障碍
  • 批准号:
    10638189
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
iTEST: Introspective Accuracy as a Novel Target for Functioning in Psychotic Disorders
iTEST:内省准确性作为精神障碍功能的新目标
  • 批准号:
    10642405
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
Opioid Use and Acute Suicide Risk: The Real-Time Influence of Trauma Context"
阿片类药物的使用和急性自杀风险:创伤背景的实时影响”
  • 批准号:
    10674342
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.97万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了