[發明專利]一種基于雙振鏡雙物鏡多模式寬場超分辨顯微成像系統

有效

• 申請號: 201710266879.8
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107014793B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 匡翠方;劉文杰;陳友華;朱大釗;劉旭;李海峰;張克奇;毛磊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開一種基于雙振鏡雙物鏡多模式寬場超分辨顯微成像系統，包括沿光路依次布置的激光器和分束鏡，由分束鏡分束為透射光路和反射光路，還包括：沿透射光路依次布置的第一掃描振鏡系統和第一顯微物鏡，由第一顯微物鏡將光束入射至樣品的下表面并激發熒光；沿反射光路依次布置的第二掃描振鏡系統和第二顯微物鏡，由第二顯微物鏡將光束入射至樣品的上表面并激發熒光；用于收集兩路熒光信號的成像光路模塊；和計算機，用于控制第一掃描振鏡系統和第二掃描振鏡系統對樣品進行掃描，并根據收集的兩路熒光信號進行數據處理和圖像重構。本發明在一套系統中集成駐波干涉、結構光照明和多角度環狀全內反射等多種寬場超分辨顯微成像模式。

技術領域

本發明屬于光學超分辨顯微成像領域，特別涉及一種基于雙振鏡雙物鏡多模式寬場超分辨顯微成像系統。

背景技術

超分辨熒光顯微成像技術的出現為現代生物醫學研究提供了新的強有力的工具，將熒光顯微鏡的應用推到了新的高度。與其它研究方法，如核磁共振、電子顯微鏡、CT等相比，光學超分辨顯微鏡具有獨一無二的優勢，如成像無需進行特殊組織制備；使用熒光探針標記可以特異性地研究某物質的結構和功能；可以很方便的通過多色多通道同時觀測多個蛋白分子；可以進行活體成像，獲取較大區域內的樣品信息；可以對生物組織進行三維成像等。因此，光學超分辨熒光顯微成像技術在過去的幾十年里已經發展的較為成熟。2014年諾貝爾化學獎授予了Eric Betzig、Stefan Hell以及William Moerner三位科學家，以表彰他們在“超分辨熒光顯微鏡”領域的貢獻。

由于光學衍射極限的存在，一個理想點物經過成像系統之后會變成一個有限大小的彌散斑，其橫向強度分布可以用貝塞爾函數來描述，軸向強度分布用辛格函數來描述，且軸向分辨率比橫向分辨率要差三倍左右。有多種超熒光顯微成像技術可以突破橫向或軸向衍射極限，實現超分辨。如：結構光照明顯微成像技術使用兩束光在待測樣品表面相互干渉產生條紋圖樣，調制樣品的空間頻率，將高頻信息移動到可觀測到的低頻范圍內，從而將橫向分辨率提高了兩倍；駐波干涉顯微成像技術在樣品兩側使用兩個對稱放置的物鏡，兩束垂直入射光在樣品軸向方向發生干涉，從而使得軸向的高頻信息可被觀測到，在軸向實現了超分辨；全內反射顯微成像技術使用大數值孔徑物鏡使得入射光在樣品表面發生全反射，在很小的軸向范圍內通過倏逝波激發熒光，在軸向實現了層析和超分辨。

發明內容

本發明提供了一種基于雙振鏡雙物鏡多模式寬場超分辨顯微成像系統，利用雙振鏡加雙物鏡結構，該裝置可以同時實現駐波干涉、結構光照明和多角度環狀全內反射寬場超分辨顯微成像，可以滿足使用者在不同條件下的需求，特別適用于對熒光樣品進行成像。

一種基于雙振鏡雙物鏡多模式寬場超分辨顯微成像系統，包括：激發光路模塊和成像光路模塊。其中激發光路模塊包括激光器、分束鏡、兩套4f掃描振鏡系統、兩個顯微物鏡和待測熒光樣品；成像光路模塊包括兩個顯微物鏡、兩個二向色鏡和兩個工業相機。

所述激發光路模塊用于將入射激光分為兩路，從樣品上下表面入射。

所述激光器與分束鏡之間依次放置有單模光纖和起偏器。所述激光器用于產生入射光。所述單模光纖用于對激光器產生的光束進行濾波。所述起偏器用于將激光器產生的光束變為線偏振光。

所述激發光路分束鏡用于將入射光分為兩路，依次各自經過掃描振鏡系統，進入顯微物鏡后瞳面，激發待測樣品發出熒光。其中一路光直接進入掃描振鏡系統中，另一路光經平面反射鏡反射后再進入掃描振鏡系統，平面鏡用于改變光路傳播方向，同時通過壓電陶瓷驅動在結構光照明成像模式中對結構光圖樣進行相移。兩路光的光程需要滿足干涉條件，以便能夠進行駐波干涉和結構光照明成像兩種模式。