可应用于SMLM的SPAD阵列相机

可应用于SMLM的SPAD阵列相机

单分子定位显微镜（SMLM）可探测细胞结构和功能，这些技术的快速发展已超越了探测器的发展，需要更快、更灵敏的摄像机来满足这一需求。单光子雪崩光电二极管（SPAD）阵列相机可提供单光子灵敏度、高的帧速率和零读出噪声，使其成为超快速成像和SMLM实验的潜在理想检测器。

然而，以往SPAD光子检测效率较低，性能落后于EMCCD（一种高端光电探测器）和SCMOS器件（新一代科学级成像芯片，最低可探测到10个光子）的性能。EMCCD和SCMOS是在SMLM等领域经常采用的先进成像设备，具有亚电子读取噪声和高光学灵敏度。EMCCD在极低光照条件下有较高增益；SCMOS相机的帧速率极高，且像素尺寸小，在粒子动态跟踪方面很有优势。然而，这两种技术在灵敏度和帧速率方面仍然受限。

SPAD阵列技术提供了一种解决灵敏度及帧速率受限的可行方案，且可提高SPAD的光子检测效率。文中研究表明采用模拟计数和二进制存储器的SPAD阵列相机通过减少电路结构，可以减小像素尺寸、增加填充因子、提高帧速率。文中通过实验和模拟证明，通过仅聚合包含信号的帧，可以显著提高二进制SPAD摄像机在SMLM实验中的灵敏度；模拟还表明，随着SPAD相机技术的发展，SPAD设备在粒子动态跟踪方面性能将优于现有EMCCD及SCMOS摄像机。

结果表明，SPAD阵列相机克服了以往SPAD光子检测效率低的缺点，可应用于SMLM等探测领域，其相比EMCCD、SCOMS等先进成像设备，性能更好。

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

作者：Istvan Gyongy

编译：徐嘉浩