可應(yīng)用于SMLM的SPAD陣列相機(jī)

單分子定位顯微鏡（SMLM）可探測(cè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，這些技術(shù)的快速發(fā)展已超越了探測(cè)器的發(fā)展，需要更快、更靈敏的攝像機(jī)來滿足這一需求。單光子雪崩光電二極管（SPAD）陣列相機(jī)可提供單光子靈敏度、高的幀速率和零讀出噪聲，使其成為超快速成像和SMLM實(shí)驗(yàn)的潛在理想檢測(cè)器。

然而，以往SPAD光子檢測(cè)效率較低，性能落后于EMCCD（一種高端光電探測(cè)器）和SCMOS器件（新一代科學(xué)級(jí)成像芯片，最低可探測(cè)到10個(gè)光子）的性能。EMCCD和SCMOS是在SMLM等領(lǐng)域經(jīng)常采用的先進(jìn)成像設(shè)備，具有亞電子讀取噪聲和高光學(xué)靈敏度。EMCCD在極低光照條件下有較高增益；SCMOS相機(jī)的幀速率極高，且像素尺寸小，在粒子動(dòng)態(tài)跟蹤方面很有優(yōu)勢(shì)。然而，這兩種技術(shù)在靈敏度和幀速率方面仍然受限。

SPAD陣列技術(shù)提供了一種解決靈敏度及幀速率受限的可行方案，且可提高SPAD的光子檢測(cè)效率。文中研究表明采用模擬計(jì)數(shù)和二進(jìn)制存儲(chǔ)器的SPAD陣列相機(jī)通過減少電路結(jié)構(gòu)，可以減小像素尺寸、增加填充因子、提高幀速率。文中通過實(shí)驗(yàn)和模擬證明，通過僅聚合包含信號(hào)的幀，可以顯著提高二進(jìn)制SPAD攝像機(jī)在SMLM實(shí)驗(yàn)中的靈敏度；模擬還表明，隨著SPAD相機(jī)技術(shù)的發(fā)展，SPAD設(shè)備在粒子動(dòng)態(tài)跟蹤方面性能將優(yōu)于現(xiàn)有EMCCD及SCMOS攝像機(jī)。

結(jié)果表明，SPAD陣列相機(jī)克服了以往SPAD光子檢測(cè)效率低的缺點(diǎn)，可應(yīng)用于SMLM等探測(cè)領(lǐng)域，其相比EMCCD、SCOMS等先進(jìn)成像設(shè)備，性能更好。

網(wǎng)址：https://www.nature.com/articles/srep37349/metrics

作者：Istvan Gyongy

編譯：徐嘉浩