[發明專利]基于DMD的雙模式光學超分辨顯微成像裝置及方法

有效

• 申請號: 201710439661.8
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107167929B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 詹求強;吳秋生;馬劍濤;王保舉;李彥慧
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02B27/58
• 分類號: G02B27/58;G01N21/64
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

本發明公開了一種基于DMD的雙模式光學超分辨顯微成像裝置及方法，該裝置包括多臺不同波長的激光器、激光調制模塊、顯微鏡光學成像系統，其中激光調制模塊包括DMD圖案發生模塊和掩板，DMD圖案發生模塊搭配掩板選通不同衍射光斑，可達到共用同一光路實現SIM和SMLM兩種超分辨顯微技術成像的目的。DMD具有高于機械快門的響應速度和穩定性，同時可用于波長分離，相較于聲光可調諧濾波器成本更低，使用更簡易，可以使光路系統更緊湊，大幅降低系統的成本。不同成像模式的實現依賴于DMD的復用。本發明首次提出利用DMD，在同一光路中實現SIM和SMLM兩種技術，有利于將SIM和SMLM兩種超分辨成像技術進行優勢互補，可用于許多細胞生物學問題研究。

技術領域

本發明屬于光學顯微技術領域，具體涉及一種基于DMD的雙模式光學超分辨顯微成像裝置及方法，其通過使用數字微鏡器件(DMD)可實現兩種模式成像所需的激光光源調制。

背景技術

光學顯微鏡允許自然環境生長下無損傷地觀察樣品，但受到衍射極限的限制，橫向分辨率只有半波長，無法獲取納米尺度的細胞內結構的信息。為改進遠場光學顯微鏡的空間分辨率，人們開始研究超分辨顯微技術并在近年取得很大進展，光學顯微鏡的分辨率得到顯著提高，在國際上達到數nm水平，極大地促進了細胞生物學研究?，F有的多種超分辨成像技術都通過不同的機理突破了光學成像的衍射極限：單分子定位技術(SMLM)利用激光調控可逆光轉化熒光分子的開關，進而實現單分子點的分離定位，然后通過合成上千張定位子圖重建超分辨熒光圖像；結構光照明顯微技術(SIM)通過調制結構照明光，通過特定算法獲取圖像高頻信息，進而擴大成像帶寬，得到高分辨圖像。這兩種技術都在細胞生物學研究中發揮著巨大的作用，成為細胞生物學家了解大分子結構與活動、醫學家了解病變細胞的生理狀態的強有力工具。然而，SMLM需要消耗更多的時間以得到更高的分辨率，SIM的成像速度較快但對分辨率的提高有限。雖然兩種成像方法都已經有商品化系統出現，但都價格昂貴，讓多數研究者望而卻步，或只能二選其一，極大限制了進行相關研究的手段。

已有研究通過光路的切換在一個系統里實現兩種超分辨成像并將結果整合，進行優勢互補。然而，他們的研究中SMLM和SIM仍然是兩個獨立的部分，SMLM光路中需要多個快門或昂貴的聲光可調諧濾波器實現激光脈沖調制，SIM光路中也需要空間光調制元件，光路系統非常復雜，成本并未得到降低。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于DMD的雙模式光學超分辨顯微成像裝置，該裝置通過采用DMD，利用激光器、光路系統等，可分別實現結構光照明顯微技術(SIM)和單分子定位顯微技術(SMLM)，具有系統緊湊易用、成本低的優點，并且便于在相關研究中利用兩種成像方式得到互補信息。

本發明的另一個目的在于提供一種基于上述雙模式光學超分辨顯微成像裝置的成像方法，該方法利用DMD的光調制能力，通過合理設計控制系統、調節光路，能夠得到快速的多波長交替脈沖光和結構照明光，從而能夠在同一光路系統中實現單分子定位顯微和結構光照明顯微兩種光學超分辨顯微術，彌補現有技術中兩種光學超分辨顯微系統完全獨立、成本高昂的缺陷。