Особенности люминесцентной томографии апконверсионных люминофоров с дискретным распределением
РНФ, Конкурс по приоритетному направлению деятельности «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (совместно с Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований - БРФФИ), № 23-42-10012
Министерство образования и науки Российской Федерации, Субсидия Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности , FZSM-2024-0010
Нуртдинова Л.А.
1, Леонтьев А.В.
1, Митюшкин Е.О.
1, Бизяев Д.А.
1, Нургазизов Н.И.
1, Чукланов А.П.
1, Косач П.А.
2, Зверев Д.Г.
2, Никифоров В.Г.
11ФИЦ "Казанский научный центр РАН", Казань, Россия
2Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия

Email: nurlari@yandex.ru, mailscrew@gmail.com, m1tyushck1n@yandex.ru, dbiziaev@inbox.ru, niazn@mail.ru, achuklanov@kfti.knc.ru, rbpavel1975@gmail.com, dzverev@mail.ru, vgnik@mail.ru
Поступила в редакцию: 21 апреля 2025 г.
В окончательной редакции: 21 апреля 2025 г.
Принята к печати: 21 апреля 2025 г.
Выставление онлайн: 11 сентября 2025 г.
Проведены тестовые измерения модельной дискретной структуры на конфокальном оптическом микроскопе методами люминесцентной томографии. Данная тестовая структура, представляющая собой выраженное дискретное распределение агломератов апконверсионных люминофоров, была создана с помощью атомно-силовой микроскопии. В роли люминофоров выбраны частицы NaYF4:Yb(18 %), Er(2 %), синтезированные гидротермальным методом. Они обладают люминесценцией в видимом диапазоне при лазерном возбуждении на длине волны вблизи 980 nm, что, в частности, обусловливает интерес их применения в задачах по биовизуализации. С помощью конфокального оптического микроскопа проведена регистрация люминесцентного сигнала в зависимости от трехмерных координат образца. Применение алгоритмов постобработки полученных данных показало, что в случае дискретно расположенных объектов необходима деконволюция с учетом функции точечного рассеяния, которая позволяет нивелировать артефакты изображения и кратно повысить точность определения размеров люминесцирующих объектов. Ключевые слова: конфокальная микроскопия, деконволюция изображения, люминесцентная томография, атомно-силовая микроскопия, апконверсионные люминофоры, фторидные частицы.
- D. Huang, E.A. Swanson, C.P. Lin, J.S. Schuman, W.G. Stinson, W. Chang, M.R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C.A. Puliafito, J.G. Fujimoto. Science, 254, 1178 (1991). DOI: 10.1126/science.1957169
- S.W. Paddock. Bio Techniques, 27 (5), 992 (1999). DOI: 10.2144/99275ov01
- K. Shi, P. Li, S. Yin, Z. Liu. Optics Express, 12 (10), 2096 (2004). DOI: 10.1364/OPEX.12.002096
- B. Rosal, D. Jaque. Methods Appl. Fluorescence, 7 (2), 022001 (2019). DOI: 10.1088/2050-6120/ab029f
- H. Li, M. Tan, X. Wang, F. Li, Y. Zhang, L. Zhao, C. Yang, G. Chen. J. American Chem. Society, 142 (4), 2023 (2020). DOI: 10.1021/jacs.9b11641
- W. Jiang, J. Yi, X. Li, F. He, N. Niu, L. Chen. Biosensors, 12, 1036 (2022). DOI: 10.3390/bios12111036
- G. Lee, Y.I. Park. Nanomaterials, 8 (7), 511 (2018). DOI: 10.3390/nano8070511
- H. Lv, J. Liu, Y. Wang, X. Xia, Y. Li, W. Hou, F. Li, L. Guo, X. Li. Frontiers in Chemistry, 10, 996264 (2022). DOI: 10.3389/fchem.2022.996264
- Y. Han, Y. An, G. Jia, X. Wang, C. He, Y. Ding, Q. Tang. Nanoscale, 10, 6511 (2018). DOI: 10.1039/C7NR09717D
- G. Ren, S. Zeng, J. Hao. J. Phys. Chem. C, 115, 20141 (2011). DOI: 10.1021/jp2064529
- Е.О. Митюшкин, Д.К. Жарков, А.В. Леонтьев, Л.А. Нуртдинова, А.Г. Шмелев, В.Г. Никифоров. Известия РАН. Сер. физ., 87 (12), 1724 (2023). DOI: 10.31857/S0367676523702976
- Д.К. Жарков, О.Е. Митюшкин, А.В. Леонтьев, Л.А. Нуртдинова, А.Г. Шмелев, Н.М. Лядов, А.В. Пашкевич, А.П. Сайко, О.Х. Хасанов, В.Г. Никифоров. Известия РАН. Сер. физ., 87 (12), 1735 (2023). DOI: 10.31857/S036767652370299X
- A.D. Elliott. Current Protocols in Cytometry, 92 (1), e68 (2019). DOI: 10.1002/cpcy.68
- R.H. Webb. Rep. Prog. Phys., 59 (3), 427 (1996). DOI: 10.1088/0034-4885/59/3/003
- J.M. Binder, A. Stark, N. Tomek, J. Scheuer, F. Frank, K.D. Jahnke, C. Muller, S. Schmitt, M.H. Metsch, T. Unden, T. Gehring, A. Huck, U.L. Andersen, L.J. Rogers, F. Jelezko. SoftwareX, 6, 85 (2017). DOI: 10.1016/j.softx.2017.02.001
- А.П. Чукланов, А.С. Морозова, Н.И. Нургазизов, Е.О. Митюшкин, Д.К. Жарков, А.В. Леонтьев, В.Г. Никифоров. ЖТФ, 93 (7), 1019 (2023). DOI: 10.21883/JTF.2023.07.55763.82-23
- A.P. Chuklanov, A.S. Morozova, Ye.O. Mityushkin, A.V. Leontyev, L.A. Nurtdinova, V.G. Nikiforov, N.I. Nurgagizov Bull. Russ. Academy Sciences: Physics, 88 (12), 1971 (2024). DOI: 10.1134/S1062873824708559
- T. Wilson. J. Microscopy, 244, 113 (2011). DOI: 10.1111/j.1365-2818.2011.03549.x
- А.В. Леонтьев, Л.А. Нуртдинова, Е.О. Митюшкин, А.Г. Шмелёв, Д.К. Жарков, В.В. Андрианов, Л.Н. Муранова, Х.Л. Гайнутдинов, Р.Р. Заиров, А.Р. Хазиева, А.Р. Мустафина, В.Г. Никифоров. ЖТФ, 94 (9), 1576 (2024). DOI: 10.61011/JTF.2024.09.58680.83-24
- W.H. Richardson. J. Opt. Soc. Am., 62, 55 (1972). DOI: 10.1364/JOSA.62.000055
- L.B. Lucy. Astronom. J. 79, 745 (1974). DOI: 10.1086/111605
- N. Dey, L. Blanc-Feraud, C. Zimmer, Z. Kam, J.-C. Olivo-Marin, J. Zerubia. 2004 2nd IEEE Intern. Sympos. Biomed. Imaging: Nano to Macro (IEEE Cat No. 04EX821) (Arlington, VA, USA, 2004), v. 2, p. 1223-1226, DOI: 10.1109/ISBI.2004.1398765
- P.J. Shaw. Comparison of Widefield/Deconvolution and Confocal Microscopy for Three-Dimensional Imaging in: J. Pawley (eds) Handbook Of Biological Confocal Microscopy (Springer, Boston, MA. Handbook of Biological Confocal Microscopy, Third Edition, edited by J.B. Pawley, (Springer, Boston, MA, 2006)), DOI: 10.1007/978-0-387-45524-2_23