可應用于SMLM的SPAD陣列相機

可應用于SMLM的SPAD陣列相機

單分子定位顯微鏡（SMLM）可探測細胞結構和功能，這些技術的快速發展已超越了探測器的發展，需要更快、更靈敏的攝像機來滿足這一需求。單光子雪崩光電二極管（SPAD）陣列相機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實驗的潛在理想檢測器。

然而，以往SPAD光子檢測效率較低，性能落后于EMCCD（一種高端光電探測器）和SCMOS器件（新一代科學級成像芯片，最低可探測到10個光子）的性能。EMCCD和SCMOS是在SMLM等領域經常采用的先進成像設備，具有亞電子讀取噪聲和高光學靈敏度。EMCCD在極低光照條件下有較高增益；SCMOS相機的幀速率極高，且像素尺寸小，在粒子動態跟蹤方面很有優勢。然而，這兩種技術在靈敏度和幀速率方面仍然受限。

SPAD陣列技術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的光子檢測效率。文中研究表明采用模擬計數和二進制存儲器的SPAD陣列相機通過減少電路結構，可以減小像素尺寸、增加填充因子、提高幀速率。文中通過實驗和模擬證明，通過僅聚合包含信號的幀，可以顯著提高二進制SPAD攝像機在SMLM實驗中的靈敏度；模擬還表明，隨著SPAD相機技術的發展，SPAD設備在粒子動態跟蹤方面性能將優于現有EMCCD及SCMOS攝像機。

結果表明，SPAD陣列相機克服了以往SPAD光子檢測效率低的缺點，可應用于SMLM等探測領域，其相比EMCCD、SCOMS等先進成像設備，性能更好。

網址：https://www.nature.com/articles/srep37349/metrics

作者：Istvan Gyongy

編譯：徐嘉浩