[發明專利]采用兩種不同聲速的聲光偏轉器組合進行二維高速掃描成像的雙光子顯微鏡

有效

• 申請號: 201811306687.6
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109307930B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 周鎮喬;賈宏博;呂晶;陳月巖
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02F1/33
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 韓飛

本發明公開了一種采用兩種不同聲速的聲光偏轉器組合進行二維高速掃描成像的雙光子顯微鏡，包括高速掃描單元，所述高速掃描單元包括沿光路依次設置的三棱鏡、豎直軸光偏轉器和水平軸聲光偏轉器，其中，豎直軸光偏轉器和水平軸聲光偏轉器的聲速不相等。本發明使用快聲速聲光偏轉器(聲速大于3000m/s)進行快軸掃描，使用慢聲速聲光偏轉器(聲速小于1000m/s)進行慢軸掃描；兩種聲光偏轉器協同完成二維的高速激光掃描，最終能在250×40圖像像素下實現10000幀每秒的成像速度。本發明可應用于激光掃描顯微成像、激光顯示與記錄系統、激光打印、激光加工等領域，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及激光掃描技術領域，特別涉及一種采用兩種不同聲速的聲光偏轉器組合進行二維高速掃描成像的雙光子顯微鏡。

背景技術

隨著生物領域神經科學研究的發展,神經科學家對神經元及其突起的功能研究越來越多。特別是神經元的突起，如樹突、軸突，負責神經元信號的傳入傳出功能，是構成神經回路的重要組成部分。

神經突起的特點是形狀細長，并且功能響應速度快。為了更好地研究神經突起的功能，神經科學家們對激光掃描顯微成像速度的要求越來越高，希望能更準確的記錄神經突起的功能活動信號。

在文獻“Chen?X,et?al.LOTOS-based?two-photon?calcium?imaging?ofdendritic?spines?in?vivo.Nat?Protoc.2012,7(10):1818-29.”中提出了一種使用慢聲速聲光偏轉器(AOD)和檢流計鏡(Galvo)作為掃描器組合的雙光子顯微鏡，實現了在250×80圖像像素下實現1000幀每秒的成像速度，成功記錄了神經元樹突和樹突棘的鈣功能信號。該方法一方面利用了聲光偏轉器掃描速度快的特點；一方面針對樹突細長的形狀特點，不采用行列相等的正方形二維掃描方式，而采用行列不相等的長方形二維掃描方式，即采用?250×80像素，讓樹突條沿著長邊進行成像，減少了無用的掃描時間。

鈣功能信號雖然能間接反映神經膜電位變化，但直接反映膜電位變化的電壓敏感染料測量神經突起活動更準確，響應速度也更快，這就對成像速度提出了更高的要求，最好能達到5000～10000幀每秒的成像速度。

由于聲光偏轉器的掃描速度受限于渡越時間，或者說是由其晶體材料的聲速(聲波傳播速度)決定的；聲速越快，掃描速度越快，但掃描范圍會越小。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種用兩種不同聲速的聲光偏轉器組合進行二維高速掃描成像的雙光子顯微鏡。本發明提出了一種采用兩種不同聲速的聲光偏轉器組合進行二維高速掃描成像的雙光子顯微鏡，用快聲速聲光偏轉器替代慢聲速聲光偏轉器，用慢聲速聲光偏轉器替代機械式檢流計鏡galvo，最終能在250×40圖像像素下實現?10000幀每秒的成像速度。

本發明采用的技術方案是：一種采用兩種不同聲速的聲光偏轉器組合進行二維高速掃描成像的雙光子顯微鏡，包括高速掃描單元，所述高速掃描單元包括沿光路依次設置的三棱鏡、豎直軸光偏轉器和水平軸聲光偏轉器，其中，豎直軸光偏轉器和水平軸聲光偏轉器的聲速不相等。

優選的是，所述豎直軸光偏轉器和水平軸聲光偏轉器中的一個為快聲速聲光偏轉器，其聲速大于3000m/s；另一個為慢聲速聲光偏轉器，其聲速小于1000m/s。

優選的是，所述豎直軸光偏轉器為快聲速聲光偏轉器，水平軸聲光偏轉器為慢聲速聲光偏轉器。

優選的是，所述豎直軸光偏轉器為慢聲速聲光偏轉器，所述水平軸聲光偏轉器為快聲速聲光偏轉器。

優選的是，還包含飛秒激光器、擴束器、光強調制器、光學透鏡組、物鏡、二向色片、濾光片、熒光探測器及電控組件。