[發明專利]一種明場和熒光雙模態的顯微成像系統及方法

在審

• 申請號: 201811030915.1
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109001900A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 閆鋒;楊程
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02B21/06
• 分類號: G02B21/06;G02B21/36
• 代理公司: 江蘇法德永衡律師事務所 32305
• 代理人: 胡玲

本發明公開了一種明場和熒光雙模態的顯微成像系統即方法。成像系統包括明場照明光源、熒光激發光源、顯微成像裝置和數據處理與顯示系統；顯微成像裝置包括樣品腔、熒光樣品、濾光片和圖像傳感器芯片，樣品腔底部緊貼濾光片表面；濾光片固定在圖像傳感器芯片的表面；明場照明光源置于顯微成像裝置的上方；熒光激發光源置于顯微成像裝置的側方。本發明利用亞微米像元尺寸千萬像素規模的圖像傳感器芯片直接記錄生物樣品的明場模態下的投影信號以及熒光模態下的熒光投影信號，并將兩種模態下得到的顯微圖像進行合成，實現了一種低成本、便攜化，同時具備大視場和高分辨率的熒光顯微系統及顯微觀測方法。

技術領域

本發明涉及的領域是生物顯微成像，特別是熒光顯微成像領域，具體涉及一種大視場高分辨率的明場、熒光雙模態的顯微成像系統及方法。

背景技術

傳統基于光學透鏡的熒光顯微鏡是利用特定波長的激發光源照射樣品，被熒光標記的細胞樣品受到激發產生不同波長的熒光，然后在顯微鏡下觀察細胞樣品的形態與結構，借此來研究細胞內物質的吸收、運輸、化學物質的分布及定位等。

現有的基于光學透鏡的熒光顯微鏡，需要復雜而且昂貴的激光光源以及濾色模塊來分別激發出樣品中的熒光信號，以及濾除激發光光源的背景干擾。同時需要復雜的光學透鏡方法來實現光學放大顯微成像功能，這樣顯微觀測的分辨率和視場存在固有的矛盾，也就是放大倍數越高，觀察到的細胞結構越清晰，但同時整個觀察的視野大小降低。因此，目前的熒光顯微鏡在很多需要低成本和便攜化的應用場景中受限，比如在發展中國家或者條件落后地區的使用、野外生態環境觀察、污水中微生物的即時檢測等方面不能滿足要求。如果將樣品制備好再送到具有熒光顯微鏡的場所進行檢測，不僅耗費時間成本，而且運輸的過程降低觀測結果的準確性。

因此亟需開發低成本、便攜化，同時具有大視場和高分辨率的熒光顯微技術來滿足實際應用需求。

發明內容

針對上述現有技術和設備的局限，本發明的目的是提出一種明場和熒光雙模態的顯微成像系統，該系統基于亞微米像元尺寸千萬像素規模的圖像傳感器芯片，可以實現大視場和高分辨率。本發明的另外一個目的是提供利用該系統的成像方法。

本發明的系統采用的技術方案為：

一種明場和熒光雙模態的顯微成像系統，包括明場照明光源、熒光激發光源、顯微成像裝置和數據處理與顯示系統；所述顯微成像裝置包括樣品腔、熒光樣品、濾光片和圖像傳感器芯片，所述樣品腔用于裝載熒光樣品，樣品腔底部緊貼濾光片表面；所述濾光片用于阻擋激發光并同時透過激發出來的熒光信號，固定在圖像傳感器芯片的表面；所述圖像傳感器芯片，用于采集明場模態下待檢測樣品的整體形態信息以及熒光模態下的熒光樣品的亞細胞結構的熒光信號；所述明場照明光源作為明場成像模態下的照明光源，置于所述顯微成像裝置的上方，顯微成像裝置的中軸垂直穿過明場照明光源的發光面中心且該發光面覆蓋整個圖像傳感器芯片；所述熒光激發光源作為熒光成像模態下的熒光激發光源，用于激發出待檢測樣品中熒光信號，置于所述顯微成像裝置的側方，所述熒光激發光源照射方向與所述顯微成像裝置中軸之間的夾角為θ₁，且其發光面覆蓋所述圖像傳感器芯片表面；所述數據處理與顯示系統，用于將明場成像模態和熒光成像模態下圖像傳感器芯片記錄的圖像進行合成，并顯示出顯微成像結果。

進一步地，所述明場照明光源為寬帶紅光LED燈珠，中心波長為λ₁，帶寬為Δλ₁＞5nm，距離圖像傳感器芯片表面的距離為d≥5cm。

進一步地，所述熒光激發光源為窄帶光源，中心波長為λ₂，帶寬為Δλ₂≤5nm，夾角θ₁的取值：15°≤θ₁≤85°。

進一步地，所述樣品腔底部直接粘附在濾光片表面，樣品腔設有入液口和出液口，樣品腔的腔體厚度d_c的值為：10μm≤d_c≤200μm。