[發明專利]雙波長量化相位成像和熒光成像聯合系統

有效

• 申請號: 201310016989.0
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103940787A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 付彥輝;羅志勇;紀偉;賈策;張翔;倉懷興;徐濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院生物物理研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/45
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及光學領域，尤其涉及一種新型的具有超高分辨率的基于共聚焦原理的雙波長量化相位成像和熒光成像聯合系統。

背景技術

現代生物醫學研究需要觀察蛋白質在細胞三維空間內的精確定位和分布。蛋白質只有定位到特殊的亞細胞器和生理活性位點上才能正確發揮其生物學功能，而且其定位是一個動態過程。要正確認識和研究蛋白質的功能就必須對其進行標記從而研究其在不同生理狀態下的定位變化。為達到這一目的，人們通常先對被研究分子進行熒光標記，獲得熒光成像，再獲得細胞透射成像，利用圖像處理技術，將熒光圖像和透射圖像融合，獲得分子在細胞中的定位和功能信息。由于光學系統的衍射，圖像分辨率不高。

透射顯微成像可以提供細胞形態和結構信息，熒光顯微成像可以提供被研究分子的功能、定位和反應動力學信息。相位成像技術利用不同物質折射率不同，使透射的激光產生相位差而發生干涉，通過對干涉圖樣的分析獲得光路中不同位置的折射率，并轉化為圖像，使透射成像顯微鏡的光傳播方向(Z軸方向)的分辨率可達到nm量級。熒光顯微鏡隨著激光共聚焦、光敏定位熒光顯微、單分子熒光干涉熒光顯微等技術的發展，分子定位精度也達到nm量級。

因此，進一步提高相位成像技術在X-Y平面的分辨率，并將該技術和高分辨率的熒光成像技術相結合，可以方便地觀察并定量目標蛋白質在活細胞中的表達、定位、轉運、以及與其他生物分子的相互作用，為生命科學研究提供新的研究手段。通過綜合應用共聚焦熒光成像、光敏定位熒光成像技術的定位精度，量化相位成像顯微鏡在細胞形態結構成像的精度，提出了在共聚焦原理的前提下，將量化相位成像和熒光成像聯合的概念，為超分辨在生物個體的應用提供了方案，另外與單波長量化相位成像相比，雙波長通過對圖像在非單色域進行散斑噪聲平衡和平滑處理來提高分辨率，提高測量方法的靈敏度，可通過全場觀測來提取絕對信息，通過不同波長同時提供待測物體的不同信息，還可以解決在單波長記錄相位成像中無法避免的相移帶來的信號含混的問題，大大提高了系統在x、y、z的分辨率。

然而，在實現本發明的過程中，申請人發現，目前的顯微鏡難以獲得靶分子在細胞中的精確定位，即無法把熒光圖像和細胞結構圖像融合，實現細胞結構與功能成像，從而造成研究工作的不便。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種雙波長量化相位成像和熒光成像聯合系統。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種雙波長量化相位成像和熒光成像聯合系統。該聯合系統包括：光源系統100，用于提供不同波長的第一激光束和第二激光束；分束組件200，用于將第一激光束分束為第一參考光束和第一干涉光束；將第二激光束分束為第二參考光束和第二干涉光束，第一參考光束和第二參考光束射入參考光路400；第一物光光束和第二物光光束射入物光光路300；物光光路300，用于將第一物光光束和第二物光光束投射至樣品上，攜帶樣品信息的第一物光光束和第二物光光束由第五分光棱鏡314反射至干涉成像系統500；同時，由第一物光光束和第二物光光束激發樣品產生的熒光光束經第六分光棱鏡316透射至熒光成像系統600；參考光路400，用于將第一參考光束和第二參考光束投射至干涉成像系統500；干涉成像系統500，用于將第一參考光束和第一物光光束，及第二參考光束和第二物光光束進行干涉成像；熒光成像系統600，與所述物光光路300共用共聚焦成像部分，用于對第一物光光束和第二物光光束激發的熒光光束進行成像。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明多電子束差速倍頻管具有以下有益效果：

(1)熒光成像與量化相位成像的結合，解決了細胞形態和結構不能同時測量的缺點，并且部分光路共用；

(2)采用雙波長光進行干涉成像，且用一個CCD進行同時記錄，克服多個CCD記錄的缺點；

(3)引入位相調制結構，實現了在x、y、z平面上的超高分辨成像，并且實現了不同波長信息的分離；

(4)將共聚焦顯微技術原理應用在量化相位成像，實現x、y、z方向分辨率的提高。

附圖說明

圖1基于共聚焦原理的雙波長量化相位成像和熒光成像聯合系統示意圖；

圖2微透鏡陣列示意圖；

圖3a為本發明實施例作為激光干涉元件的四棱錐的示意圖；

圖3b為本發明實施例采用圖3a所示四棱錐作為激光干涉元件所產生的激光干涉圖樣的示意圖；