[發(fā)明專利]一種基于偏振解調(diào)的點(diǎn)掃描超分辨成像方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711025470.3
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107907513B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 匡翠方;劉少聰;胡涵;鄭程;陳友華;劉旭;李海峰;張克奇;毛磊
• 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

本發(fā)明公開一種基于偏振解調(diào)的點(diǎn)掃描超分辨成像裝置，其特征在于，包括光源、承載待測樣品的樣品臺，所述光源與樣品臺之間依次設(shè)有：用于將光源發(fā)出的光束改變?yōu)榫€偏振光的1/4波片和1/2波片，用于將線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢蚱窆獾钠褶D(zhuǎn)換器，用于對相位進(jìn)行調(diào)制最終將會聚光斑調(diào)制成多個線偏振光斑的空間光調(diào)制器，用于將激發(fā)光聚焦到樣品上的顯微物鏡；并設(shè)有收集所述待測樣品發(fā)出的信號光的探測系統(tǒng)，以及控制所述空間光調(diào)制器內(nèi)位相調(diào)制函數(shù)的控制器。本發(fā)明還公開一種基于偏振解調(diào)的點(diǎn)掃描超分辨成像方法，利用多偏振角度激發(fā)光對樣品的照射實(shí)現(xiàn)對熒光偶極子極化方向的解調(diào)，獲得了更多維度的信息，與共聚焦系統(tǒng)的結(jié)合具有層析功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超分辨顯微成像領(lǐng)域，尤其涉及一種在點(diǎn)掃描模式下對不同線偏振光成像并進(jìn)行偏振解調(diào)的超高分辨成像方法與裝置。

背景技術(shù)

一直以來，通過對生物分子的特殊標(biāo)記，熒光光學(xué)顯微鏡在觀察亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)扮演著重要的角色，然后常規(guī)的寬場光學(xué)顯微鏡由于受到衍射效應(yīng)的影響，橫向分辨率被限制在激發(fā)光的半波長左右，因此在納米技術(shù)、材料、生物以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等的應(yīng)用受到很大的限制。

熒光信息具有四個基本的物理維度，包括強(qiáng)度信息，波長(吸收光譜和發(fā)射光譜)，壽命信息和偏振信息。目前超分辨顯微技術(shù)主要利用的是強(qiáng)度上的“開關(guān)”調(diào)制，包括STED技術(shù)，PALM/STORM技術(shù)等，或者利用結(jié)構(gòu)上的強(qiáng)度調(diào)制技術(shù)包括SIM技術(shù)或者飽和SIM技術(shù)，這些技術(shù)都是利用不同波長之間的強(qiáng)度調(diào)制來實(shí)現(xiàn)超分辨顯微成像。而在利用壽命信息方面，熒光壽命成像(FLM)可以對分子所處的微環(huán)境中的許多生物物理、生物化學(xué)參數(shù)如PH值、離子濃度等的分布進(jìn)行定量測量，也可以與共聚焦、STED技術(shù)相結(jié)合，為生物醫(yī)學(xué)研究提供新的研究手段。而在偏振信息方面，目前世界上對它的研究還不夠深入，雖然存在著一些技術(shù)例如熒光偏振顯微成像技術(shù)(FPM)可以對熒光分子偶極子方向進(jìn)行分辨，但是受限于寬場的分辨率，應(yīng)用范圍并不廣泛。

熒光偶極子是熒光的固有特征，它不需要特殊熒光樣品的標(biāo)記，具有普適性，其偶極子的方向決定了熒光的偏振信息，因此偏振信息確實(shí)可以為超分辨成像提供另一個維度的信息，在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域上提供一個新的思路。每一個熒光分子都有自己的偶極子極化方向，當(dāng)激發(fā)光斑的偏振方向與偶極子極化方向相同時，熒光的激發(fā)效率最高，而當(dāng)激發(fā)光斑的偏振方向與偶極子極化方向垂直時，熒光激發(fā)效率最低。因此通過調(diào)整合適的激發(fā)光的偏振方向可以理論上提高成像的分辨率和信噪比。在目前的研究當(dāng)中，利用旋轉(zhuǎn)入射線偏振光的偏振方向來調(diào)制熒光的偏振強(qiáng)度，再通過相應(yīng)的解調(diào)算法，可以將相應(yīng)的偏振信息和偏振強(qiáng)度信息解調(diào)出來，同時實(shí)現(xiàn)分辨率的提高。但是由于需要對入射光的偏振進(jìn)行即時的旋轉(zhuǎn)，并且獲得純凈偏振的會聚光場，因此目前的實(shí)驗(yàn)方法均是在寬場的條件下進(jìn)行，分辨率的提高也有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于偏振解調(diào)的點(diǎn)掃描超分辨成像方法和裝置，結(jié)合偏振解調(diào)反卷積算法和點(diǎn)掃描方式，利用空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)純凈偏振方向的旋轉(zhuǎn)，在類似于共聚焦的系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)對普適性樣品的偏振解調(diào)和超分辨成像，并具備層析功能。該種方法和裝置具有成像速度快、裝置簡單、操作方便、樣品普適性高等特點(diǎn)，可以很好地應(yīng)用于熒光樣品的超分辨成像之中。

一種基于偏振解調(diào)的點(diǎn)掃描超分辨定位與成像裝置，包括光源、承載待測樣品的樣品臺，所述光源與樣品臺之間依次設(shè)有：

用于保證激光出射偏振方向不變的保偏光纖；

用于準(zhǔn)直激光源發(fā)出的光束的準(zhǔn)直透鏡；

用于將光源發(fā)出的光束改變?yōu)榧儍艟€偏振光的1/2波片和1/4波片；

用于將線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢蚱窆獾钠褶D(zhuǎn)換器；

用于對相位進(jìn)行調(diào)制最終將會聚光斑調(diào)制成任意線偏振光斑的空間光調(diào)制器；

用于實(shí)現(xiàn)對樣品的快速掃描的二維掃描振鏡系統(tǒng)；