[發(fā)明專利]一種基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微方法和裝置

有效

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• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102798622A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 匡翠方;李帥;郝翔;顧兆泰;劉旭
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/21
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)控制第一光源處于開啟狀態(tài)，第二光源和第三光源處于關(guān)閉狀態(tài)，所述第一光源發(fā)出的第一工作光束準(zhǔn)直后轉(zhuǎn)換為第一線偏振光；

2)將所述第一線偏振光進(jìn)行光路偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的第一線偏振光經(jīng)聚焦和準(zhǔn)直后轉(zhuǎn)換為圓偏振光投射到待測樣品上，以實現(xiàn)對待測樣品的掃描；

3)在掃描過程中收集所述待測樣品各掃描點發(fā)出的信號光，濾去雜散光得到第一信號光強(qiáng)I₁(x，y，z)，其中x，y，z為掃描點的三維坐標(biāo)，并生成相應(yīng)的圖像；

4)控制第一光源處于關(guān)閉狀態(tài)，第二光源和第三光源處于開啟狀態(tài)，所述第二光源和第三光源發(fā)出第二工作光束和第三工作光束分別準(zhǔn)直后轉(zhuǎn)換為第二線偏振光和第三線偏振光；

5)將所述第二線偏振光和第三線偏振光經(jīng)位相調(diào)制后分別轉(zhuǎn)換為第一調(diào)制光束和第二調(diào)制光束；

6)對所述第一調(diào)制光束和第二調(diào)制光束進(jìn)行光路偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的第一調(diào)制光束和第二調(diào)制光束經(jīng)聚焦和準(zhǔn)直后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圓偏振光投射到待測樣品上，以實現(xiàn)對步驟3)中的掃描點的二次掃描；

7)在掃描過程中收集所述待測樣品各掃描點發(fā)出的信號光，濾去雜散光得到第二信號光強(qiáng)I₂(x，y，z)，其中x，y，z為掃描點的三維坐標(biāo)，并生成相應(yīng)的圖像；

8)根據(jù)公式I(x，y，z)＝I₁(x，y，z)-γI₂(x，y，z)計算有效信號光強(qiáng)I(x，y，z)，并利用I(x，y，z)得到超分辨圖像。

2.如權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微方法，其特征在于，對所述第二線偏振光進(jìn)行位相調(diào)制的調(diào)制函數(shù)為：

式中：ρ為光束上某點與光軸的距離，為光束垂直光軸剖面內(nèi)位置極坐標(biāo)矢量與x軸的夾角。

3.如權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微方法，其特征在于，對所述第三線偏振光進(jìn)行位相調(diào)制的調(diào)制函數(shù)為：

式中：ρ為光束上某點與光軸的距離，為光束垂直光軸剖面內(nèi)位置極坐標(biāo)矢量與x軸的夾角，R為入射光束的剖面半徑。

4.如權(quán)利要求3所述的基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微方法，其特征在于，所述第一光源與第二光源和第三光源之間的切換頻率為對所述樣品進(jìn)行點掃描頻率的兩倍。

5.如權(quán)利要求3所述的基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微方法，其特征在于，所述第一光源與第二光源和第三光源之間的切換頻率與對所述樣品進(jìn)行幀掃描頻率相等。

6.如權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微方法，其特征在于，當(dāng)有效信號光強(qiáng)值I(x，y，z)為負(fù)時，設(shè)置I(x，y，z)＝0，其中x，y，z為掃描點的三維坐標(biāo)。

7.一種基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微裝置，包括，包括第一光源、第二光源、第三光源、承載待測樣品的納米位移臺和將光線投射到所述待測樣品的顯微物鏡，其特征在于，還包括：

位于所述第一光源的光路上的第一起偏器；

沿所述第二光源的光路依次布置的第二起偏器和第一位相調(diào)制器；

沿所述第三光源的光路依次布置的第三起偏器和第二位相調(diào)制器；

用于將所述第一光源、第二光源和第三光源的光路上的光線進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的掃描振鏡系統(tǒng)；

依次布置的分別用于對所述掃描振鏡系統(tǒng)出射的光線進(jìn)行聚焦和準(zhǔn)直的掃描透鏡和場鏡；

用于將準(zhǔn)直后的光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光的1/4波片，所述圓偏振光通過所述顯微物鏡投射到所述待測樣品上；

并設(shè)有控制所述第一光源、第二光源、第二光源、納米位移臺和掃描振鏡系統(tǒng)的控制器及收集所述待測樣品發(fā)出的信號光的探測系統(tǒng)。

8.如權(quán)利要求7所述的基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微裝置，其特征在于，所述第一位相調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)為：

式中：ρ為光束上某點與光軸的距離，為光束垂直光軸剖面內(nèi)位置極坐標(biāo)矢量與x軸的夾角。

9.如權(quán)利要求7所述的基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微裝置，其特征在于，所述第二位相調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)為：

式中：ρ為光束上某點與光軸的距離，為光束垂直光軸剖面內(nèi)位置極坐標(biāo)矢量與x軸的夾角，R為入射光束的剖面半徑。

10.如權(quán)利要求7所述的基于強(qiáng)度差分的三維超分辨顯微裝置，其特征在于，所述顯微物鏡的數(shù)值孔徑NA＝1.4。