单利什曼原虫的压缩式AFM-IR高光谱纳米成像
图像与视频处理
2022-05-06 v1 生物物理
数据分析、统计与概率
光学
摘要
红外高光谱成像是材料与生命科学领域的一种有力方法。然而,扩展到现代亚衍射纳米成像仍是一项效率极低的技术,因其通过固有的顺序方案获取数据。在此,我们将低秩矩阵重构的数学技术引入基于原子力显微镜的红外光谱(AFM-IR)亚衍射方案,以实现高效的高光谱红外纳米成像。为展示其应用潜力,我们选择了锥虫类单细胞寄生虫利什曼种作为具有生物学重要性的现实目标。选取覆盖1300至1900 cm光谱范围的中红外光谱指纹窗口,并以220 nm步长对单个寄生虫进行纳米成像。采用层次聚类分析(HCA)等多变量统计方法来提取化学上不同的空间位置。随后,我们从最初收集的134 (x) 50 (y) 148 (光谱) AFM-IR测量数据立方体中仅随机选取5%,并通过低秩矩阵恢复重构完整数据集。通过展示完整与重构数据立方体间聚类区域的一致性对该技术进行评估。我们得出结论,相应的测量时间可由超过14小时减少至不到1小时。这些发现可显著推动高光谱纳米成像在涉及纳米与生物材料的学术和工业环境中的实际适用性。
引用
@article{arxiv.2205.02748,
title = {Compressed AFM-IR hyperspectral nanoimaging of single Leishmania parasites},
author = {A. Hornemann and M. Marschall and S. Metzner and P. Patoka and S. Cortes and G. Wübbeler and A. Hoehl and E. Rühl and B. Kästner and C. Elster},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.02748},
year = {2022}
}