[發明專利]超分辨光學顯微成像系統及其調節方法

在審

• 申請號: 201810581799.6
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108802988A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 張力;王中陽;張金倉
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G01N21/84
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明的超分辨光學顯微成像系統及其調節方法，通過對三維納米平移臺的掃描過程，可以獲得激光光束的直觀光強分布情況，并可實時觀測；使用中空光束消除所述第二實心光束的旁瓣，同時增加第一實心光束以增強光斑的中心光強，有效提高了成像系統的分辨率；利用金納米顆粒首先對多光束的光斑形狀進行調節，包括中空光束，第一實心光束及第二實心光束光斑形狀和強度分布調節，然后通過調節光束發散度以及光束的入射角度，完成多光束的重合度調節，對進一步優化STED系統以及多光束超分辨系統的實現，以及成像分辨率的提升具有一定的指導及經驗性意義。

技術領域

本發明涉及超分辨成像技術領域，特別是涉及一種多光束超分辨顯微成像系統及其調節方法。

背景技術

光學顯微技術因其具有實時、動態觀察，對樣品損傷較小等優點，在生物醫學及細胞生物學等方面有著廣泛的應用，但由于光學“衍射極限”的存在，導致其成像分辨率限制在了200nm左右，極大地阻礙了其進一步發展，例如細胞內的一些細胞器，核糖體，線粒體等，無法利用光學顯微技術觀察其中的精細結構。于是Stefan W.Hell和Jan Wichman于1994年，在共聚焦顯微技術的基礎上，提出了受激輻射倒空技術(Stimulated Emissiondepletion microscopy，STED)，并于1999年由Hell與Thomas Klar首次完成實驗上的驗證，該技術利用兩束激光調制的方法實現了數十納米的分辨率，成功使系統的成像分辨率突破了光學“衍射極限”的限制。該技術中的兩束激光光束，其中一束作為激發光，另外一束則作為損耗光，兩束光束經物鏡聚焦照射作用在樣品表面，聚焦區域在空間上嚴格重合。而STED系統分辨率的限制主要取決于I_m與I_s的強度比值，其中，I_m表示損耗光束的強度，I_s則表示激發光束強度，為了獲得較高的系統成像分辨率，要求I_m＞＞I_s，這使得損耗光束對細胞樣品的損害較大，不利于細胞的長時間成像。因此，科研工作者們為了降低高功率損耗光對細胞樣品的“光毒性”作用，提出了G-STED技術，高摻稀土納米粒子，以及采用時序控制多束光束和材料開關性質的RESOLFT顯微技術等STED技術的優化改進方案，其中RESOLFT顯微技術是基于材料的光開關性質的STED技術優化方案，需要通過三束激光光束的調制來實現超分辨的效果，而這些多光束超分辨顯微技術的核心在于多光束的整形以及重合度的調節。

因此，有必要提出一種超分辨光學顯微成像系統及其調節方法，可對多光束超分辨顯微成像系統的光束光強分布進行良好的整形，包括實心光束和損耗光束的光斑整形；以及對多波長光束的重合度進行良好的整形。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種超分辨光學顯微成像系統及其調節方法，用于解決現有技術中多光束超分辨顯微成像系統的光束光強分布整形效果不佳，包括實心光束和損耗光束光斑的整形效果不佳；以及對多波長光束的重合度的整形效果不佳等的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種超分辨光學顯微成像系統，包括：兩激光光源整形模塊、一分光模塊、兩光束擴束模塊、一第一實心光束調節模塊、一中空光束調制及光束重合調節模塊、一掃描成像及探測模塊；

所述激光光源整形模塊包括依次排列的激光器、光纖及準直透鏡，兩所述激光器分別發射第一激光束及第二激光束并經相應的所述光纖及所述準直透鏡傳輸和準直；

所述分光模塊用于將經準直的所述第二激光束分為兩束子第二激光束；

兩所述光束擴束模塊分別用于擴束和準直兩所述子第二激光束，以形成第二實心光束及第三實心光束；

所述第一實心光束調節模塊用于將所述第一激光束調節為左旋圓偏振的第一實心光束；