[發(fā)明專利]一種雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010059510.1
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111610621B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施可彬;陳良怡;董大山;黃小帥;李柳菊;毛珩;王愛民
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02B21/06;G02B21/36;G01N21/64
• 代理公司: 成都七星天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51253
• 代理人: 朱璟

本申請實施例公開了一種雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)和方法。所述雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)包括光學(xué)衍射層析成像子系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)光照明熒光成像子系統(tǒng)；所述光學(xué)衍射層析成像子系統(tǒng)用于基于第一激光進行無標(biāo)記光學(xué)衍射層析成像，以獲取樣本的光學(xué)衍射層析圖像；所述結(jié)構(gòu)光照明熒光成像子系統(tǒng)用于基于第二激光進行熒光成像，以獲取所述樣本的結(jié)構(gòu)光照明熒光圖像；其中，所述雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)包括相互獨立的第一光源和第二光源，所述第一光源用于發(fā)射所述第一激光，所述第二光源用于發(fā)射所述第二激光。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

二十一世紀(jì)以來，生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的蓬勃發(fā)展不斷地提高著人類對生命本質(zhì)的認識，極大推動人類文明發(fā)展。隨著生物醫(yī)學(xué)研究的不斷發(fā)展，其前沿研究已經(jīng)深入細胞， 力圖在分子尺度上解密生命過程。光學(xué)顯微技術(shù)是現(xiàn)代分子生物學(xué)研究的有力工具，它 的發(fā)展推動著人類對生命現(xiàn)象的觀察和理解不斷進步。光學(xué)顯微鏡是利用光與物質(zhì)的相 互作用呈現(xiàn)物體微觀結(jié)構(gòu)的裝置。自光學(xué)顯微鏡發(fā)明以來，其一直是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最常 用的工具，傳統(tǒng)的透鏡與可見光照明支撐了約80％的顯微研究。由于細胞光學(xué)透明的特 性，唯有光學(xué)顯微能實現(xiàn)活細胞的非侵入無標(biāo)記成像。

熒光顯微成像是分子生物學(xué)研究的主要手段，然而由于激發(fā)光的高光子通量和光毒性，成像總次數(shù)受限，因而目前還未能全面揭露細胞內(nèi)部細胞器的相互作用及動態(tài) 過程。活細胞的高分辨長時程成像目前仍然是生物學(xué)研究中的巨大挑戰(zhàn)，由于軸向掃描 速度的限制，三維熒光成像需要更大的激發(fā)光子通量，而光漂白效應(yīng)則極大限制了三維 成像的總時長。同時，由于熒光光譜較寬，成像過程中通道數(shù)目受限，熒光成像一般僅 能同時標(biāo)記有限種類的分子。而電鏡等輔助成像手段雖可觀察多種細胞器，但僅能提供 靜態(tài)快照作為輔助。

光學(xué)衍射層析顯微是一種對細胞和組織進行非侵入無標(biāo)記三維成像的技術(shù)。由于其結(jié)合了定量相位成像技術(shù)和散射理論，光學(xué)衍射層析顯微成像技術(shù)能夠感知納米尺度的形態(tài)學(xué)變化，可以對活細胞進行長時間高分辨率無損傷成像。作為觀測細胞動態(tài)變 化的一種有力工具，其在細胞代謝、病理學(xué)及腫瘤診斷等方面有著巨大的應(yīng)用前景。然 而，由于衍射層析技術(shù)光學(xué)架構(gòu)較為復(fù)雜且算法不夠成熟，其未能大規(guī)模應(yīng)用于生物醫(yī) 學(xué)研究中。衍射層析顯微技術(shù)有著兩方面問題亟需解決：一方面，衍射層析數(shù)據(jù)量大， 計算過程復(fù)雜，難以用于對生命現(xiàn)象的連續(xù)觀察。另一方面，在實現(xiàn)無標(biāo)記成像的同時， 光學(xué)衍射層析顯微的化學(xué)選擇性成像能力受限，形態(tài)學(xué)表征缺乏化學(xué)特異性，說服力受 限。

光學(xué)衍射層析顯微成像具有光通量低，光毒性小的特點，可有效解決熒光成像 遇到的問題。光學(xué)衍射層析成像系統(tǒng)中，先前的工作缺少熒光成像作為輔助，衍射層析 圖像中的多數(shù)結(jié)構(gòu)缺乏標(biāo)定，僅能進行形態(tài)學(xué)分析。傳統(tǒng)光學(xué)衍射層析成像中，也僅對 脂滴、染色體和線粒體進行了結(jié)合寬場熒光成像的鑒別標(biāo)定。

因此，有必要提出一種結(jié)合光學(xué)衍射層析顯微成像和結(jié)構(gòu)光照明超分辨熒光成像的雙模態(tài)顯微成像方法，用超分辨熒光成像輔助光學(xué)衍射層析進行共定位成像。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例之一提供一種雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學(xué)衍射層析成像子系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)光照明熒光成像子系統(tǒng)；所述光學(xué)衍射層析成像子系統(tǒng)用于基于第一激光進行無標(biāo)記光學(xué)衍射層析成像，以獲取樣本的光學(xué)衍射層析圖像；所述結(jié)構(gòu)光照明熒光成像 子系統(tǒng)用于基于第二激光進行熒光成像，以獲取所述樣本的結(jié)構(gòu)光照明熒光圖像；其中， 所述雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)包括相互獨立的第一光源和第二光源，所述第一光源用于發(fā)射 所述第一激光，所述第二光源用于發(fā)射所述第二激光。

本申請實施例之一提供一種雙模態(tài)顯微成像方法，包括：利用相互獨立的光源 分別產(chǎn)生第一激光和第二激光；利用光學(xué)衍射層析成像子系統(tǒng)基于所述第一激光獲取樣 本的光學(xué)衍射層析圖像；利用結(jié)構(gòu)光照明熒光成像子系統(tǒng)基于所述第二激光獲取所述樣 本的結(jié)構(gòu)光照明熒光圖像；基于所述光學(xué)衍射層析圖像和所述結(jié)構(gòu)光照明熒光圖像，生 成所述樣本的雙模態(tài)融合圖像。