多维度光场调制在STED-荧光相关光谱技术中的应用

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

项目摘要

The combination of stimulated emission depletion microscopy (STED) and fluorescence correlation spectroscopy (FCS) provides extremely high spatio-temporal resolution simultaneously. The STED-FCS super-resolution technique has been widely applied in the field of cell biology, especially for the detection of fine structures and molecular motion at the cellular plasma membranes. In view of the influence of fluorescence noise that is not completely suppressed on the analysis of FCS information, the project proposes the idea of “integrating the STED-FCS effective detection volume” and explores the spatial distribution of the point spread function of the STED system through mathematical and physical analysis, and thus the effects of non-Gaussian distribution on the autocorrelation function of FCS signals. Based on this study, the project further proposes the application of multi-dimensional modulation of point spread function in STED-FCS technique, including spatial three-dimensional scale and time domain modulation. This study will help to improve the detection range and achieve high spatio-temporal resolution of STED-FCS.
受激发射损耗显微技术（STED）与荧光相关光谱技术（FCS）的结合能够同时提供极高的时间空间分辨能力，该STED-FCS超分辨显微技术在细胞生物学领域，尤其是针对细胞膜的细微结构、分子运动探测方面应用广泛。项目针对该技术中不完全抑制的荧光噪声对FCS信息解析的影响，提出“将STED-FCS有效探测区域一体化考虑”的分析思路，通过数学物理方法探究STED系统点扩散函数的空间分布，以及非高斯分布对FCS信号自相关函数的影响。基于此，项目提出多维度调制点扩散函数在STED-FCS中的应用，包括在空间三维尺度和时间域的调制，该研究将有利于提升STED-FCS的探测范围和时间空间分辨能力。

结项摘要

受激发射损耗显微镜（STED）和荧光相关光谱技术（FCS）在高空间分辨率和高时间分辨率上相互补充，二者的结合，即STED-FCS技术，可以同时提供高空间和高时间分辨能力。项目以STED-FCS技术中噪声荧光对FCS自相关函数的影响着手，对受激发射损耗显微-荧光相关光谱技术中激光与物质相互作用、电磁场三维空间分布和荧光相关光谱探测所得的自相关函数等内容进行了详细分析，研究了STED系统实际点扩散函数三维空间分布，并建立了具有普适性的仿真计算与分析模型，研究了非传统高斯型点扩散函数的受激发射损耗显微成像技术和STED-FCS技术。.课题组研究了高效的横向、角向、纵向等多维度信息获取和解析方法，包括提出横向不同角向一维点扩散函数调制、特种空间分布点扩散函数调制等STED-FCS技术方法，并首次提出新的相位设计方法，可以同时在横向和纵向维度调控系统的点扩散函数。同时，由于FCS技术本身包含时间维度的信息，课题组增加了对STED损耗光时间维度的调控研究，相关方法可以增加数据分析的准确性。同时，为拓宽STED技术在频谱域维度的应用，课题组设计并分析了中远红外等长波段的超分辨显微成像技术方法，以及在实验上搭建了中远红外共聚焦显微成像系统。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（4）
专利数量（1）
Inhibition of Cancer Cell Migration and Glycolysis by Terahertz Wave Modulation via Altered Chromatin Accessibility
通过改变染色质可接近性通过太赫兹波调制抑制癌细胞迁移和糖酵解
  • DOI：
    10.34133/2022/9860679
  • 发表时间：
    2022-07
  • 期刊：
    Research
  • 影响因子：
    11
  • 作者：
    Lan Sun;Yangmei Li;Yun Yu;Peiliang Wang;Shengquan Zhu;Kaijie Wu;Yan Liu;Ruixing Wang;Li Min;Chao Chang
  • 通讯作者：
    Chao Chang
Dielectric dispersion characteristics of the phospholipid bilayer with subnanometer resolution from terahertz to mid-infrared.
太赫兹到中红外亚纳米分辨率磷脂双层的介电色散特性
  • DOI：
    10.3389/fbioe.2022.984880
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    FRONTIERS IN BIOENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Zhang, Ziyi;Li, Yangmei;Xiang, Zuoxian;Huang, Yindong;Wang, Ruixing;Chang, Chao
  • 通讯作者：
    Chang, Chao
Localized-plasma-assisted rotational transitions in the terahertz region
太赫兹区域的局域等离子体辅助旋转跃迁
  • DOI：
    10.1103/physreva.103.033109
  • 发表时间：
    2021-03
  • 期刊：
    Physical Review A
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Yindong Huang;Zuoxian Xiang;Xing Xu;Jing Zhao;Jinlei Liu;Ruixing Wang;Ziyi Zhang;Zhihui Lü;Dongwen Zhang;Chao Chang;Jianmin Yuan;Zengxiu Zhao
  • 通讯作者：
    Zengxiu Zhao
Mid-infrared multispectral confocal microscope using off-axis parabolic mirrors to study epiretinal membranes
使用离轴抛物面镜研究视网膜前膜的中红外多光谱共焦显微镜
  • DOI：
    10.1364/ao.436257
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Applied Optics
  • 影响因子：
    1.9
  • 作者：
    Jiaying Zhu;Ruixing Wang;Qiao Liu;Zhifu Luo;Bei Tian;Li-Guo Zhu
  • 通讯作者：
    Li-Guo Zhu

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其他文献

几种结构非概率可靠性模型的比较研究
  • DOI：
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  • 期刊：
    应用数学和力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王睿星;*王晓军;王磊;邱志平
  • 通讯作者：
    邱志平

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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