論文の概要: Discriminative Addressing of Versatile Nanodiamonds via Physically-Enabled Classifier in Complex Bio-Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.01164v1
- Date: Fri, 2 Aug 2024 10:29:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-05 13:47:29.377048
- Title: Discriminative Addressing of Versatile Nanodiamonds via Physically-Enabled Classifier in Complex Bio-Systems
- Title（参考訳）: 複雑な生体系における物理的に許容できる分類器による可視性ナノダイヤモンドの識別的アドレス化
- Authors: Yayin Tan, Xiaolu Wang, Feng Xu, Xinhao Hu, Yuan Lin, Bo Gao, Zhiqin Chu,
- Abstract要約: 窒素空孔(NV)センターは、ナノスケールのバイオセンシングとバイオイメージングに大きな可能性を秘めている。
彼らの想定する生体応用は、避けられない光散乱と細胞や組織における自己蛍光による固有の背景ノイズに悩まされる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.014042040860724
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) centers show great potentials for nanoscale bio-sensing and bio-imaging. Nevertheless, their envisioned bio-applications suffer from intrinsic background noise due to unavoidable light scattering and autofluorescence in cells and tissues. Herein, we develop a novel all-optical modulated imaging method via physically-enabled classifier, for on-demand and direct access to NV fluorescence at pixel resolution while effectively filtering out background noise. Specifically, NV fluorescence can be modulated optically to exhibit sinusoid-like variations, providing basis for classification. We validate our method in various complex biological scenarios with fluorescence interference, ranging from cells to organisms. Notably, our classification-based approach achieves almost 10^6 times enhancement of signal-to-background ratio (SBR) for fluorescent nanodiamonds (FNDs) in neural protein imaging. We also demonstrate 4-fold contrast improvement in optically-detected magnetic resonance measurements (ODMR) of FNDs inside stained cells. Our technique offers a generic, explainable and robust solution, applicable for realistic high-fidelity imaging and sensing in challenging noise-laden scenarios.
- Abstract（参考訳）: 窒素空孔(NV)センターは、ナノスケールのバイオセンシングとバイオイメージングに大きな可能性を秘めている。
それにもかかわらず、彼らの想定する生体応用は、避けられない光散乱と細胞や組織における自己蛍光による固有の背景ノイズに悩まされる。
そこで本研究では,背景雑音を効果的に除去しつつ,画素解像度でNV蛍光にオンデマンドかつ直接アクセスするための,物理機能付き分類器による新しい全光変調撮像法を開発した。
具体的には、NV蛍光を光学的に変調して正弦波様の変化を示し、分類の基礎を与えることができる。
本手法は, 細胞から生物まで, 蛍光干渉を伴う複雑な生物学的シナリオで検証する。
特に,我々の分類に基づくアプローチは,神経タンパク質イメージングにおける蛍光ナノダイアモンド(FND)の信号-背景比(SBR)を約10^6倍に向上させる。
また、染色細胞中のFNDの光検出磁気共鳴測定(ODMR)において、4倍のコントラスト改善を示す。
提案手法は, 現実的な高忠実度イメージングや, 難聴シナリオのセンシングに応用可能な汎用的, 説明可能な, 堅牢なソリューションを提供する。
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