[發(fā)明專(zhuān)利]近紅外激光掃描共聚焦成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210195846.6
• 申請(qǐng)日: 2012-06-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102706846A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李敏;王懋;吳東岷;翟曉敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/64
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/64
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種共聚焦顯微系統(tǒng)及其應(yīng)用，尤其涉及一種工作波長(zhǎng)范圍在近紅外波段的激光掃描共聚焦成像系統(tǒng)，以及應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)近紅外量子點(diǎn)標(biāo)記的生物組織及其它微小器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像和觀察的方法，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物熒光成像技術(shù)作為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域必不可少的技術(shù)手段已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，是觀察細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生命現(xiàn)象的有力工具。目前普遍應(yīng)用生物熒光成像技術(shù)是二十世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的激光掃描共聚焦顯微鏡，它的特點(diǎn)是采用針孔技術(shù)排除焦點(diǎn)以外的光信號(hào)對(duì)圖像的干擾，從而大大提高了圖像的清晰度和細(xì)節(jié)分辨能力，具有很高的軸向?qū)Ρ榷取Ｓ捎诩す鈷呙韫簿劢癸@微鏡使用的激光范圍在488nm~647nm之間，屬于可見(jiàn)光范疇，而生物細(xì)胞對(duì)可見(jiàn)光散射大，換言之，可見(jiàn)光在生物樣品內(nèi)的穿透深度淺，最深不超過(guò)幾百微米，厚標(biāo)本的信息很難采集；另外，由于生物細(xì)胞對(duì)可見(jiàn)光吸收大，高密度的可見(jiàn)光激發(fā)生物樣品時(shí)更容易引起光毒性和光漂白現(xiàn)象。

為了克服激光掃描共聚焦顯微鏡的這些缺陷，二十世紀(jì)90年代美國(guó)康奈爾大學(xué)Denk等人提出了雙光子激發(fā)熒光顯微技術(shù)。它采用具有高光子密度的近紅外激光激發(fā)生物樣品，由于生物細(xì)胞對(duì)近紅外光的吸收少，對(duì)生物細(xì)胞的光毒性減少，并降低了光漂白；同時(shí)，生物細(xì)胞對(duì)近紅外光的散射比可見(jiàn)光小，容易穿透更深的生物樣本，更適合觀察厚樣本。然而，盡管雙光子激光熒光成像技術(shù)采用了近紅外光源，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)厚生物樣本的觀察，但是，因采用的熒光染料的發(fā)射波長(zhǎng)仍然在可見(jiàn)光范圍，其在生物組織中依然存在吸收和散射問(wèn)題，因此難以觀察更深層的組織。

并且，現(xiàn)有的激光掃描共聚焦顯微系統(tǒng)和雙光子激發(fā)熒光顯微系統(tǒng)還普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作不便、成像速度慢、圖像分別率低等問(wèn)題，尤其難以滿足對(duì)生物組織及其他類(lèi)似樣品進(jìn)行多維度、深層次觀測(cè)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種近紅外激光掃描共聚焦成像系統(tǒng)，其能精確高效的實(shí)現(xiàn)對(duì)生物組織等樣品的深層次成像，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種近紅外激光掃描共聚焦成像系統(tǒng)，包括采用共聚焦結(jié)構(gòu)的掃描光路單元和控制單元，其中：

所述掃描光路單元包括近紅外激光光源、準(zhǔn)直擴(kuò)束模塊、激光濾光片、二向色反射鏡、掃描振鏡、f-theta透鏡、第一鏡筒透鏡、第一成像物鏡、熒光濾光片、第二會(huì)聚透鏡、第二針孔和探測(cè)器；

激光光源發(fā)出的近紅外光經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束模塊形成設(shè)定光斑大小的平行光透射至激光濾光片，再依次經(jīng)二向色反射鏡、掃描振鏡入射到f-theta透鏡上，并會(huì)聚到第一像面位置，而后經(jīng)第一鏡筒透鏡準(zhǔn)直形成平行光入射到成像物鏡上，并聚焦在放置于樣品臺(tái)上的樣品上，所述第一像面位置與第一鏡筒透鏡的焦點(diǎn)位置以及樣品經(jīng)成像物鏡和第一鏡筒透鏡的第一次成像位置重合，樣品被激發(fā)后發(fā)出的長(zhǎng)波熒光經(jīng)過(guò)成像物鏡變成平行光，再經(jīng)第一鏡筒透鏡會(huì)聚于第一成像面位置，然后經(jīng)過(guò)f-theta透鏡變成平行光入射到掃描振鏡上，并經(jīng)掃描振鏡反射至二向色反射鏡，其后依次透過(guò)熒光濾光片和第二會(huì)聚物鏡聚焦于第二針孔上，所述第二針孔大小為第二會(huì)聚透鏡的艾里斑大小，探測(cè)器緊靠第二針孔設(shè)置；

所述控制單元包括用于控制掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)控制模塊，用于采集探測(cè)器輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊以及與運(yùn)動(dòng)控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊連接的數(shù)據(jù)處理模塊。

進(jìn)一步的，它還包括柯勒照明單元，?所述柯勒照明單元包括白光光源、一個(gè)以上透鏡、第二鏡筒透鏡和光電傳感模塊，白光光源發(fā)出的光經(jīng)該一個(gè)以上透鏡照射在樣品上形成均勻照明，而經(jīng)樣品反射的光依次經(jīng)過(guò)成像物鏡和第二鏡筒透鏡，并最終成像于光電成像模塊上。

所述柯勒照明單元采用反射式柯勒照明系統(tǒng)，包括白光光源、成像透鏡、半反半透反射鏡、反射鏡、第二鏡筒透鏡和光電傳感模塊，白光光源經(jīng)成像透鏡成像，再依次通過(guò)半反半透反射鏡和反射鏡的反射，將白光光源的像反射到成像物鏡的后焦點(diǎn)位置，并在樣品上形成均勻照明，樣品反射的光依次經(jīng)成像物鏡、反射鏡、半反半透反射鏡和第二鏡筒透鏡，最后成像于光電成像模塊上；

所述第一、第二鏡筒透鏡到成像物鏡的距離相等，所述光電傳感模塊位于第二鏡筒透鏡的焦點(diǎn)位置。

所述柯勒照明單元采用透射式柯勒照明系統(tǒng)，所述透射式柯勒照明系統(tǒng)包括白光光源、第一透鏡、第二透鏡、反射鏡和第二鏡筒透鏡，白光光源經(jīng)第一透鏡成像在第二透鏡的焦點(diǎn)位置，白光光源像發(fā)出的光經(jīng)第二透鏡變成平行光，從樣品的下方均勻照明樣品，樣品反射的光經(jīng)成像物鏡成像后，經(jīng)反射鏡反射入第二鏡筒透鏡，并最后成像于光電成像模塊上。