[發(fā)明專利]一種超快時間分辨率和低激發(fā)閾值多光子熒光顯微成像系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010326273.0
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111537477B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 何一林;鄭燁;楊承帥;齊大龍;姚云華;孫真榮;張詩按
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01;G02B21/00;G02B21/36
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

1.一種超快時間分辨率和低激發(fā)閾值多光子熒光顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，它包括飛秒激光器(100)、自適應飛秒脈沖整形模塊（200）、熒光顯微成像模塊（300）、壓縮感知超快成像模塊（400）及計算通信模塊（500）；

所述自適應飛秒脈沖整形模塊（200）由第一反射鏡（2）、第一光柵（3）、第一柱透鏡（4）、空間光調(diào)制器（5）、第二柱透鏡（6）、第二光柵（7）、第二反射鏡（8）及第三反射鏡（9）構(gòu)成并依次光路連接；

所述熒光顯微成像模塊（300）由二向色鏡（10）、顯微物鏡（11）、樣品臺（12）及第一透鏡組（13）構(gòu)成，所述二向色鏡（10）將光路分為兩路，一路與第一透鏡組（13）光路連接，另一路與顯微物鏡（11）及樣品臺（12）依次光路連接；

所述壓縮感知超快成像模塊（400）由分束立方體（14）、第二透鏡組（15）、數(shù)字微鏡陣列（16）、第三透鏡組（17）、條紋相機（18）及CMOS相機（19）構(gòu)成，所述分束立方體（14）將光路分為兩路，一路與第二透鏡組（15）及數(shù)字微鏡陣列（16）依次光路連接，另一路與第三透鏡組（17）、條紋相機（18）及CMOS相機（19）依次光路連接；

所述計算通信模塊（500）由計算機（20）及脈沖延時器（21）構(gòu)成；所述計算機（20）與脈沖延時器（21）之間電子通信連接；

所述飛秒激光器(100)與自適應飛秒脈沖整形模塊（200）的第一反射鏡（2）光路連接；

所述自適應飛秒脈沖整形模塊（200）的第三反射鏡（9）與熒光顯微成像模塊（300）的二向色鏡（10）光路連接；

所述熒光顯微成像模塊（300）的第一透鏡組（13）與壓縮感知超快成像模塊（400）的分束立方體（14）光路連接；

所述飛秒激光器(100)、自適應飛秒脈沖整形模塊（200）的空間光調(diào)制器（5）、壓縮感知超快成像模塊（400）的數(shù)字微鏡陣列（16）、條紋相機（18）及CMOS相機（19）分別與計算通信模塊（500）的計算機（20）電子通信連接；

所述飛秒激光器(100)、壓縮感知超快成像模塊（400）的條紋相機（18）及CMOS相機（19）分別與計算通信模塊（500）的脈沖延時器（21）電子通信連接；其中：

由飛秒激光器（100）、空間光調(diào)制器（5）、CMOS相機（19）及計算機（20）構(gòu)成自適應脈沖整形閉環(huán)控制系統(tǒng)，其運行流程：在完成同步設置、系統(tǒng)狀態(tài)初始化及算法設置后，由CMOS相機（19）生成稀疏編碼二維數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，通過電子通信傳輸?shù)接嬎銠C（20）；計算機（20）對稀疏編碼二維數(shù)字圖像數(shù)據(jù)按照遺傳算法進行反饋運算，得到所需的優(yōu)化參數(shù)，并計算熒光激發(fā)效率曲線，以熒光激發(fā)效率曲線是否達到最優(yōu)熒光激發(fā)效率曲線，判斷是否對飛秒激光器（100）、空間光調(diào)制器（5）進行優(yōu)化操作；如果熒光激發(fā)效率曲線沒有達到最優(yōu)熒光激發(fā)效率曲線，則進行閉環(huán)反饋優(yōu)化，通過電子通信將優(yōu)化參數(shù)傳輸給飛秒激光器（100）、空間光調(diào)制器（5）；飛秒激光器（100）和空間光調(diào)制器（5）根據(jù)所接收的新參數(shù)對飛秒脈沖整形過程進行優(yōu)化，得到新的目標飛秒脈沖、最優(yōu)熒光激發(fā)效率曲線的目標飛秒脈沖的時域分布；

新的目標飛秒脈沖激發(fā)樣品得到新的熒光顯微信號，最終被CMOS相機（19）采集產(chǎn)生新的稀疏編碼二維數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，通過電子通信傳輸?shù)接嬎銠C（20）；

計算機（20）對新的稀疏編碼二維數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行反饋運算，通過計算熒光激發(fā)效率變化曲線，判斷以熒光效率是否達到最優(yōu)值為判據(jù)；

如果熒光激發(fā)效率曲線達到最優(yōu)熒光激發(fā)效率曲線，停止閉環(huán)反饋優(yōu)化，自適應脈沖整形閉環(huán)控制系統(tǒng)停止迭代運行，飛秒激光器（100）、空間光調(diào)制器（5）保持多次閉環(huán)反饋操作迭代所得到的系統(tǒng)參數(shù)；最終，使得系統(tǒng)保持最優(yōu)工作狀態(tài)運行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超快時間分辨率和低激發(fā)閾值多光子熒光顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述飛秒激光器（100）、條紋相機（18）、CMOS相機（19）及脈沖延時器（21）構(gòu)成同步系統(tǒng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超快時間分辨率和低激發(fā)閾值多光子熒光顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一柱透鏡（4）與第一光柵（3）的光學距離為第一柱透鏡（4）的前焦距。