[发明专利]近红外激光扫描共聚焦成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种共聚焦显微系统及其应用，尤其涉及一种工作波长范围在近红外波段的激光扫描共聚焦成像系统，以及应用该系统对近红外量子点标记的生物组织及其它微小器件结构进行成像和观察的方法，属于光学技术领域。

背景技术

生物荧光成像技术作为生物医学领域必不可少的技术手段已经得到广泛应用，是观察细胞形态、结构和生命现象的有力工具。目前普遍应用生物荧光成像技术是二十世纪80年代发展起来的激光扫描共聚焦显微镜，它的特点是采用针孔技术排除焦点以外的光信号对图像的干扰，从而大大提高了图像的清晰度和细节分辨能力，具有很高的轴向对比度。由于激光扫描共聚焦显微镜使用的激光范围在488nm~647nm之间，属于可见光范畴，而生物细胞对可见光散射大，换言之，可见光在生物样品内的穿透深度浅，最深不超过几百微米，厚标本的信息很难采集；另外，由于生物细胞对可见光吸收大，高密度的可见光激发生物样品时更容易引起光毒性和光漂白现象。

为了克服激光扫描共聚焦显微镜的这些缺陷，二十世纪90年代美国康奈尔大学Denk等人提出了双光子激发荧光显微技术。它采用具有高光子密度的近红外激光激发生物样品，由于生物细胞对近红外光的吸收少，对生物细胞的光毒性减少，并降低了光漂白；同时，生物细胞对近红外光的散射比可见光小，容易穿透更深的生物样本，更适合观察厚样本。然而，尽管双光子激光荧光成像技术采用了近红外光源，能够实现对厚生物样本的观察，但是，因采用的荧光染料的发射波长仍然在可见光范围，其在生物组织中依然存在吸收和散射问题，因此难以观察更深层的组织。

并且，现有的激光扫描共聚焦显微系统和双光子激发荧光显微系统还普遍存在结构复杂、操作不便、成像速度慢、图像分别率低等问题，尤其难以满足对生物组织及其他类似样品进行多维度、深层次观测的需求。

发明内容

鉴于现有技术中的不足，本发明的目的之一在于提供一种近红外激光扫描共聚焦成像系统，其能精确高效的实现对生物组织等样品的深层次成像，且结构简单，易于操作。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种近红外激光扫描共聚焦成像系统，包括采用共聚焦结构的扫描光路单元和控制单元，其中：

所述扫描光路单元包括近红外激光光源、准直扩束模块、激光滤光片、二向色反射镜、扫描振镜、f-theta透镜、第一镜筒透镜、第一成像物镜、荧光滤光片、第二会聚透镜、第二针孔和探测器；

激光光源发出的近红外光经准直扩束模块形成设定光斑大小的平行光透射至激光滤光片，再依次经二向色反射镜、扫描振镜入射到f-theta透镜上，并会聚到第一像面位置，而后经第一镜筒透镜准直形成平行光入射到成像物镜上，并聚焦在放置于样品台上的样品上，所述第一像面位置与第一镜筒透镜的焦点位置以及样品经成像物镜和第一镜筒透镜的第一次成像位置重合，样品被激发后发出的长波荧光经过成像物镜变成平行光，再经第一镜筒透镜会聚于第一成像面位置，然后经过f-theta透镜变成平行光入射到扫描振镜上，并经扫描振镜反射至二向色反射镜，其后依次透过荧光滤光片和第二会聚物镜聚焦于第二针孔上，所述第二针孔大小为第二会聚透镜的艾里斑大小，探测器紧靠第二针孔设置；

所述控制单元包括用于控制扫描振镜的运动控制模块，用于采集探测器输出信号的数据采集模块以及与运动控制模块和数据采集模块连接的数据处理模块。

进一步的，它还包括柯勒照明单元， 所述柯勒照明单元包括白光光源、一个以上透镜、第二镜筒透镜和光电传感模块，白光光源发出的光经该一个以上透镜照射在样品上形成均匀照明，而经样品反射的光依次经过成像物镜和第二镜筒透镜，并最终成像于光电成像模块上。

所述柯勒照明单元采用反射式柯勒照明系统，包括白光光源、成像透镜、半反半透反射镜、反射镜、第二镜筒透镜和光电传感模块，白光光源经成像透镜成像，再依次通过半反半透反射镜和反射镜的反射，将白光光源的像反射到成像物镜的后焦点位置，并在样品上形成均匀照明，样品反射的光依次经成像物镜、反射镜、半反半透反射镜和第二镜筒透镜，最后成像于光电成像模块上；

所述第一、第二镜筒透镜到成像物镜的距离相等，所述光电传感模块位于第二镜筒透镜的焦点位置。

所述柯勒照明单元采用透射式柯勒照明系统，所述透射式柯勒照明系统包括白光光源、第一透镜、第二透镜、反射镜和第二镜筒透镜，白光光源经第一透镜成像在第二透镜的焦点位置，白光光源像发出的光经第二透镜变成平行光，从样品的下方均匀照明样品，样品反射的光经成像物镜成像后，经反射镜反射入第二镜筒透镜，并最后成像于光电成像模块上。