[發明專利]受激輻射損耗顯微成像系統

有效

• 申請號: 201310213071.5
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103257130A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 張運海;張欣;楊皓旻;孔晨暉
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

技術領域

本發明涉及光學顯微檢測儀器設計及制造領域，尤其是涉及一種受激輻射損耗顯微成像系統。

背景技術

超分辨光學顯微術對生物醫學和材料學等領域的研究具有革命性地推動作用，其研究進展在很多科學領域內都產生了深遠的影響。受激輻射損耗（Stimulated?Emission?Depletion，STED）顯微術是建立在激光共聚焦顯微術基礎上的一種光學超分辨顯微術，是首先提出也是最直接地客服光學衍射極限的遠場光學顯微術，相對于其它類型的超分辨顯微術，成像速度相對較快，能夠對活細胞進行成像，在生物醫學研究中可以探測更精細的結構，也為材料科學領域研究提供了新手段。STED超分辨顯微術的分辨能力主要依賴于損耗光束，一個半峰全寬窄、中心光強為零的圓環形中空損耗光焦斑對于STED顯微術分辨率影響至關重要，已成為STED超分辨顯微術中的研究熱點問題，是建造STED超分辨顯微鏡的基礎。

為了形成好的圓環形中空損耗光焦斑，當前的STED超分辨顯微系統中通常使用圓偏振光，通過一個0-2π的靜態渦旋相位片進行調制以形成損耗光焦斑；此外，也展開了采用特殊的偏振光用以生成損耗光焦斑的研究，偏振狀態的獲得是靠玻片等靜態光學元件將激光發出的線偏振光轉換成某種固定的偏振態。

但是，當前STED顯微系統中損耗光生成方法的缺點是顯著的，主要表現在兩方面：一、現有STED系統中的損耗光焦斑在理論上并不好，損耗光焦斑的影響因素是多方面的，這是由于光束是由振幅、相位、偏振態組成的矢量光束，矢量光束的這三個物理量均會影響到損耗光焦斑分布，當前的研究往往只從一個物理量研究損耗光焦斑，這樣從理論上難以得到好的損耗光焦斑分布模型；二、損耗光實現時均采用靜態的光學元件，STED超分辨系統的適用范圍受到了限制，例如采用靜態的渦旋相位片，在實驗條件發生變化時實驗效果會大打折扣，這是因為渦旋相位片只適用于一個較窄范圍的損耗光波長，當用于損耗光的激光波長發生變化時，需要采用新的渦旋相位片。

發明內容

本發明的目的是：提供一種受激輻射損耗顯微成像系統，該受激輻射損耗顯微成像系統具有很高的光學分辨率。

本發明的技術方案是：一種受激輻射損耗顯微成像系統，包括激發光激光、第一二色鏡、熒光激發和成像單元、損耗光激光、矢量光束調制單元及控制單元；

所述熒光激發和成像單元包括：第二二色鏡、XY振鏡掃描部件、掃描透鏡、筒鏡、物鏡、探測針孔及光電倍增管，其中，所述探測針孔位于所述成像鏡頭的焦點處；

所述矢量光束調制單元用于對入射的損耗光激光光束的振幅、相位及偏振態進行調制；

所述激發光激光出射的光束分別由所述第一二色鏡、第二二色鏡反射，再依次經所述XY振鏡掃描部件、掃描透鏡、筒鏡和物鏡后，聚焦于所述物鏡焦點處并形成激發光焦斑，所述激發光焦斑激發待測組織樣本中的熒光分子產生熒光；

所述損耗光激光出射的光束經所述矢量光束調制單元調制后透射所述第一二色鏡，再經所述第二二色鏡反射后、依次經所述XY振鏡掃描部件、掃描透鏡、筒鏡和物鏡后，聚焦于所述物鏡焦點處并形成圓環形損耗光斑，所述圓環形損耗光斑損耗所述激發光焦斑周圍激發態的熒光分子，使所述激發光焦斑周圍的熒光分子不再產生熒光，而中央區域的熒光分子產生熒光；其中，所述圓環形損耗光斑中央光強為零；

所述熒光依次經所述物鏡、筒鏡、掃描透鏡、XY振鏡掃描部件后、再透射所述第二二色鏡后進入所述成像鏡頭，并被所述成像鏡頭聚焦在所述探測針孔處，從所述探測針孔出射的熒光被所述光電倍增管探測，所述光電倍增管并將所述熒光轉換為電信號；

所述控制單元還電性連接于所述XY振鏡掃描部件和光電倍增管，用于同步采集所述光電倍增管的電信號與XY振鏡掃描部件的位置坐標并進行關聯，以生成待測組織樣本區域圖像。

下面對上述技術方案進一步解釋：

所述矢量光束調制單元包括λ/2玻片、偏振分束棱鏡、第一棱鏡、第二棱鏡、液晶空間光調制器、第一擴束鏡、中空光闌及第二擴束鏡，其中，所述中空光闌設于所述第一擴束鏡焦點處；

所述損耗光激光出射的光束經所述λ/2玻片進入所述偏振分束棱鏡，并在所述偏振分束棱鏡的分束面分解為第一光束和第二光束，其中，所述第一光束和第二光束的偏振方向相互垂直，光強相同；