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活细胞荧光显微成像仍受限于有限的光子预算和曝光积分式探测，这使时间采样与图像质量之间存在根本性的权衡。在此，我们提出量子显微成像（quanta microscopy，QM），这是一种将高速单光子采集与自监督时空重建相结合的光学—计算框架。QM将高度稀疏的二值光子探测图（即位平面）转换为多比特灰度荧光图像序列，以传感器原生的50 kHz采样频率为每个位平面生成一帧输出图像，无需进行时间合并。我们在具有不同空间与时间特征的生物样本中展示了QM的性能，包括形态各异的亚细胞细胞器、搏动的人诱导多能干细胞（hiPSC）来源心肌细胞中的快速收缩动态，以及原代皮层神经元中电刺激诱发的瞬态钙响应。通过将光子量子级采集与数据驱动的图像形成相结合，QM拓展了活细胞荧光显微成像的应用范围，使其能够在光子受限条件下对快速细胞生理过程进行定量分析。
shu.jia{at}gatech.edu
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活细胞荧光显微成像仍受限于有限的光子预算和曝光积分式探测，这使得时间采样与图像质量之间存在根本性的权衡。在此，我们提出量子显微成像（quanta microscopy，QM），这是一种将高速单光子采集与自监督时空重建相结合的光学—计算框架。QM 将高度稀疏的二值光子探测图（即位平面）转换为多位灰度荧光图像序列，以传感器原生的 50 kHz 采集频率为每个位平面生成一帧输出图像，无需时间合并。我们在具有多样空间和时间特征的生物样本中展示了 QM 的应用，包括形态各异的亚细胞细胞器、搏动的人诱导多能干细胞（hiPSC）来源心肌细胞中的快速收缩动态，以及原代皮层神经元中电刺激诱发的钙响应瞬变。通过将光子量子级采集与数据驱动的图像形成相结合，QM 拓展了活细胞荧光显微成像的应用范围，使其能够在光子受限条件下对快速细胞生理过程进行定量分析。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助方信息
美国国家科学基金会
，2145235
，2503686
，2607639
美国国立卫生研究院，
，R35GM124846
峨山基金会，
版权
本预印本的版权持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示本预印本的许可。
保留所有权利。未经许可，不得重复使用。
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发布于 2026 年 10 月 28 日。
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Quanta 显微成像技术可实现原生位平面速率下的荧光成像
Jooyeong
Yun
，
Keyi
Han
，
Aleksandra
Janusz-Kaminska
，
Wenhao
Zhang
，
Zhi
Ling
，
Yan
Huang
，
Chunhui
Xu
，
Gary J.
Bassell
，
Shu
Jia
bioRxiv
2026.10.26.761986；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.26.761986
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Jooyeong
Yun
，
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，
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，
Wenhao
Zhang
，
Zhi
Ling
，
Yan
Huang
，
Chunhui
Xu
，
Gary J.
Bassell
，
Shu
Jia
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2026.10.26.761986；
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关键词：活细胞荧光成像 · 单光子探测 · 自监督图像重建 · 高速显微成像 · 光子受限成像 · 细胞动态分析
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.26.761986v1?rss=1