光学锁相放大成像系统的研制

生命科学的发展和仪器技术的发展息息相关，光学显微镜技术的发展有力的推动了生命科学、医学的发展。荧光蛋白标记技术的出现进一步拓展了人类对微观世界的探索能力。然而活细胞内荧光成像存在的一个亟待解决的问题就是如何在在很强的背景噪音下进行信号提取和检测。类似电学锁相放大技术，光学锁相检测（Optical Lock-in Detection， OLID）技术利用光激活蛋白的特性，通过锁相检测放大被调制的微弱荧光信号。这项新的成像方法可以选择性的提取出光转化荧光蛋白荧光信号而抑制背景噪音的信号。其极高的检测灵敏度使得在检测微弱荧光共振能量转移信号方面有优势，在检测活细胞蛋白质相互作用方面有广泛的应用前景。

新的光学探针和成像技术的发展使得人们有能力在细胞内单分子的水平上进行蛋白质的检测。目前基本都是在过表达状态下观察感兴趣的蛋白分子，这种做法会导致分子数量远远高于正常生理状态下的表达数量，可能会导致细胞毒性和dominant-negative现象。因为生理状态下蛋白分子的表达量很低，而细胞的自发荧光信号很强，科研人员很难通过荧光成像的方法像在过表达条件下一样直接“看”到生理状态下（低蛋白拷贝数）生物学过程，这就导致了一些低表达的基因操作技术的应用受到一定的限制。.本项目主要研究了光学调制的方法，将受到调制的荧光信号与不受调制的背景和随机噪声分开，通过平均法（Average）、亮帧减暗帧方法（On-Off）和傅里叶变换方法（FFT）来解调信号，恢复出高信噪比的荧光图像。我们搭建了一套先进的光学锁相放大成像设备，通过模拟数据比较了各种算法的优劣性，然后分别将该三种算法应用到使用了rsEGFP2标记的Rab5和ER的荧光图像中；最后我们采集了使用Cas9基因插入技术构建的单拷贝线虫的lysosome膜蛋白的内源性荧光标记图像。