贝塞尔光束显微镜解释

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贝塞尔光束显微镜，以及之前的技术，通常用于三维活细胞成像。由于许多原因，贝塞尔光束比其他超分辨率成像技术具有更大的能力，在本文中，我们将了解这些贝塞尔光束显微镜系统是如何工作的。

贝塞尔光束显微术是在传统的光板显微术和平照度显微术无法提供研究者所需要的活细胞的时空分辨率之后出现的。虽然这些技术中的许多都可以成像活细胞，但通常有限制，贝塞尔光束显微镜可以提供比这些技术更高的分辨率。到目前为止，贝塞尔光束显微镜使用的样本有一些小的限制，这些限制通常限于固定的活细胞。

贝塞尔光束显微镜相对于其他超分辨率技术的一些关键优势包括产生近各向同性空间分辨率的能力，具有低光漂白和低光损伤。

新成像技术的出现是由于对现有成像方法的挑战。其他成像技术的主要挑战之一，特别是光板显微镜，是只有物体(可能是一个“厚”物体)的一面与物镜一致被照亮。较厚的物体导致光束沿材料的z轴散射和传播，从而导致较低的图像质量。贝塞尔光束显微镜通过在聚焦平面进行横向扫描，克服了这一挑战。贝塞尔光束中的光子可以自我修复，这会产生建设性干扰，并在传播方向上增加50%的弹道光子。总的来说，它导致了图像质量的提高。

贝塞尔光束

贝塞尔光束可以由不同类型的辐射形成，包括电磁辐射、声辐射和引力辐射，它是一种传播光束，不会衍射或扩散。贝塞尔光束的振幅由第一类贝塞尔函数决定。这个函数是围绕X=0展开的级数形式的数学表达式。

贝塞尔光束是自愈光束，所以即使它们被一个物体(如成像样本)阻碍，光束也会在光束路径的更远处重新构建自己。然而，一个障碍是，一个真正的贝塞尔光束不能被构建，因为它需要无限的能量。相反，研究人员使用一种近似方法，将另一束光束转换成一束几乎可以模拟贝塞尔光束真实效果的光束。产生这些近似贝塞尔光束的最常见方法是在轴对称衍射光栅上发射高斯光束，或者通过轴孔透镜(一种具有锥形表面的独特光学元件)。

将贝塞尔光束应用于显微镜

贝塞尔光束显微镜是一种平面照明显微镜技术，在宽视场模式下拍摄图像，并使用各种模式的结构照明，包括两个光子照明。有三种常用的模式。分别是平面照明、结构平面照明和TP平面照明。

成像方法的中心是使用轴孔来创建贝塞尔光束。在这些显微镜系统中添加了轴孔，通过改变点扩散函数(PSF)来创建贝塞尔光束。除了轴孔组件，贝塞尔光束显微镜系统还包括一个透镜放置在一个焦距远离成像平面和一个相机放置在一个确定的距离，从轴孔。

虽然空间分辨率通常较高，光损伤较低，但这些参数在不同模式之间存在差异。总的来说，空间深度通常是相同的，除了平面照明模式在z方向上有更大的成像深度。然而，平面内照明提供最低程度的光学切片能力。

TP平面照明模式提供了最佳的光学切片能力，以及与平面照明模式相比，联合最高的速度和联合最低的光损伤。然而，这种模式只能在黑白图像，而其他模式可以在彩色图像。结构照明模式在许多参数中处于中间位置，但比其他模式造成更高程度的光漂白。

总的来说，贝塞尔光束显微镜可以以每秒200帧(fps)的速度拍摄活细胞的图像，每秒可以拍摄40个平面。贝塞尔光束显微镜形成的光板比其他平面成像技术要薄得多(也快得多)，这使得显微镜能够在不造成图像光漂白或对被成像细胞引入高水平光毒性的情况下对数百个3D图像堆进行成像。

来源:

映射的无知:https://mappingignorance.org/2013/12/23/bessel-beam-plane-illumination-microscopy-another-smart-solution-for-an-old-challenge/

IMTEK:http://www.imtek.de/professuren/bnp/forschung/Lsmwsrlb

“利用贝塞尔光束平面照明显微镜对细胞动力学进行三维实时荧光成像”-高磊，等，《自然协议》，2014,DOI: 10.1038/npro .2014.087

“贝塞尔光束显微成像性能”- Snoeyink C.， Optics Letters, 2013, DOI: 10.1364/OL.38.002550

“使用贝塞尔光束平面照明的活细胞快速三维各向同性成像”- Planchon T. A.等人，自然方法，2011,DOI: 10.1038/nmeth.1586

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