[發明專利]三維掃描雙光子刺激系統及其刺激方法

在審

• 申請號: 201811627902.2
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109718476A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 金幸杰;張欣
• 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: A61N5/067
• 分類號: A61N5/067
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 韓飛

本發明公開了一種三維掃描雙光子刺激系統及其刺激方法，該系統包括紅外飛秒激光器、激光調制裝置、掃描裝置、分光鏡、探測裝置、變焦裝置、處理裝置；從紅外飛秒激光器出射的刺激光束經激光調制裝置調制后到達掃描裝置，透射所述分光鏡，再經變焦裝置后到達生物樣品，進行光刺激；出射的雙光子熒光先經過變焦裝置，再由分光鏡反射后到達探測裝置。本發明通過使用點掃描的方式，不會分攤刺激光束的能量；本發明通過利用獲取到的當前掃描位置信息以及光束調制器對光源的調制，可以實現動態多模式的雙光子刺激；本發明通過Z軸變焦的方式，在變焦裝置的焦平面上產生大量的雙光子刺激，有效消除了離焦的刺激光對刺激結果的干擾。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，特別涉及一種三維掃描雙光子刺激系統及其刺激方法。

背景技術

在光遺傳學中，多細胞或多神經突起的選擇性激活對于研究神經元整合、神經元計算非常重要。借助光敏通道蛋白，使用激光進行刺激后，可以實現細胞的去極化，從而產生一系列生理反應變化。雙光子的三維成像可以較為理想的觀察神經細胞活動，而在生物樣品三維成像的同時，進行精確的雙光子刺激，對光遺傳學的研究具有重要意義。

一些研究組在雙光子熒光成像的同時，引入光刺激器對生物樣品進行相應的刺激。這其中光刺激器，如空間光調制器或數字微鏡陣列，由于將一束光的能量分攤到每個刺激點上面，導致能量利用率較低，影響雙光子的激發，往往需要提高刺激光源功率。

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，提供一種三維掃描雙光子刺激系統及其刺激方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種三維掃描雙光子刺激系統，包括紅外飛秒激光器、激光調制裝置、掃描裝置、分光鏡、探測裝置、變焦裝置、處理裝置；

其中，所述從紅外飛秒激光器出射的刺激光束經所述激光調制裝置調制后到達所述掃描裝置，所述經掃描裝置掃描后，透射所述分光鏡，再經所述變焦裝置后到達生物樣品，進行光刺激；從生物樣品中出射的雙光子熒光先經過所述變焦裝置，再由所述分光鏡反射后到達所述探測裝置。

優選的是，所述激光調制裝置包括與所述處理裝置電連接的光束調制器，其用于調制所述紅外飛秒激光器出射的刺激光束。

優選的是，所述激光調制裝置還包括第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡，且所述第一聚焦透鏡、光束調制器、第二聚焦透鏡沿刺激光束的出射光路依次設置；

所述光束調制器包括聲光調制器和電光調制器，用于對所述紅外飛秒激光器的通斷及其出射的刺激光束的強弱進行調制。

優選的是，所述掃描裝置包括沿刺激光束的出射光路依次設置的二維掃描鏡、第三聚焦透鏡、反射鏡和第四聚焦透鏡，所述二維掃描鏡與所述處理裝置電連接，其用于偏轉調制后的刺激光束，實現對生物樣品的X-Y軸掃描。

優選的是，所述探測裝置包括濾光片、第五聚焦透鏡及與所述處理裝置電連接的光電探測器，所述光電探測器用于采集生物樣品中激發產生的雙光子熒光，且所述濾光片、第五聚焦透鏡、光電探測器沿生物樣品發出的雙光子熒光的出射光路依次設置。

優選的是，所述變焦裝置包括物鏡及與所述處理裝置電連接的液體變焦鏡頭，所述液體變焦鏡頭用于調節刺激光束的聚焦位置，實現對生物樣品的Z軸掃描。

優選的是，所述處理裝置包括上位機部分和下位機部分；

所述下位機部分包括采集單元和控制單元，所述采集單元用于獲取所述探測裝置獲得的探測信號，并將其轉化為圖像信號；所述控制單元用于獲取所述二維掃描鏡對生物樣品的二維掃描信息，并根據二維掃描信息對所述液體變焦鏡頭和采集單元進行控制，所述控制單元還用于根據所述上位機部分下發的刺激信號對所述光束調制器進行控制；