[发明专利]一种基于双振镜双物镜多模式宽场超分辨显微成像系统

说明书

本发明公开一种基于双振镜双物镜多模式宽场超分辨显微成像系统，包括沿光路依次布置的激光器和分束镜，由分束镜分束为透射光路和反射光路，还包括：沿透射光路依次布置的第一扫描振镜系统和第一显微物镜，由第一显微物镜将光束入射至样品的下表面并激发荧光；沿反射光路依次布置的第二扫描振镜系统和第二显微物镜，由第二显微物镜将光束入射至样品的上表面并激发荧光；用于收集两路荧光信号的成像光路模块；和计算机，用于控制第一扫描振镜系统和第二扫描振镜系统对样品进行扫描，并根据收集的两路荧光信号进行数据处理和图像重构。本发明在一套系统中集成驻波干涉、结构光照明和多角度环状全内反射等多种宽场超分辨显微成像模式。

技术领域

本发明属于光学超分辨显微成像领域，特别涉及一种基于双振镜双物镜多模式宽场超分辨显微成像系统。

背景技术

超分辨荧光显微成像技术的出现为现代生物医学研究提供了新的强有力的工具，将荧光显微镜的应用推到了新的高度。与其它研究方法，如核磁共振、电子显微镜、CT等相比，光学超分辨显微镜具有独一无二的优势，如成像无需进行特殊组织制备；使用荧光探针标记可以特异性地研究某物质的结构和功能；可以很方便的通过多色多通道同时观测多个蛋白分子；可以进行活体成像，获取较大区域内的样品信息；可以对生物组织进行三维成像等。因此，光学超分辨荧光显微成像技术在过去的几十年里已经发展的较为成熟。2014年诺贝尔化学奖授予了Eric Betzig、Stefan Hell以及William Moerner三位科学家，以表彰他们在“超分辨荧光显微镜”领域的贡献。

由于光学衍射极限的存在，一个理想点物经过成像系统之后会变成一个有限大小的弥散斑，其横向强度分布可以用贝塞尔函数来描述，轴向强度分布用辛格函数来描述，且轴向分辨率比横向分辨率要差三倍左右。有多种超荧光显微成像技术可以突破横向或轴向衍射极限，实现超分辨。如：结构光照明显微成像技术使用两束光在待测样品表面相互干渉产生条纹图样，调制样品的空间频率，将高频信息移动到可观测到的低频范围内，从而将横向分辨率提高了两倍；驻波干涉显微成像技术在样品两侧使用两个对称放置的物镜，两束垂直入射光在样品轴向方向发生干涉，从而使得轴向的高频信息可被观测到，在轴向实现了超分辨；全内反射显微成像技术使用大数值孔径物镜使得入射光在样品表面发生全反射，在很小的轴向范围内通过倏逝波激发荧光，在轴向实现了层析和超分辨。

发明内容

本发明提供了一种基于双振镜双物镜多模式宽场超分辨显微成像系统，利用双振镜加双物镜结构，该装置可以同时实现驻波干涉、结构光照明和多角度环状全内反射宽场超分辨显微成像，可以满足使用者在不同条件下的需求，特别适用于对荧光样品进行成像。

一种基于双振镜双物镜多模式宽场超分辨显微成像系统，包括：激发光路模块和成像光路模块。其中激发光路模块包括激光器、分束镜、两套4f扫描振镜系统、两个显微物镜和待测荧光样品；成像光路模块包括两个显微物镜、两个二向色镜和两个工业相机。

所述激发光路模块用于将入射激光分为两路，从样品上下表面入射。

所述激光器与分束镜之间依次放置有单模光纤和起偏器。所述激光器用于产生入射光。所述单模光纤用于对激光器产生的光束进行滤波。所述起偏器用于将激光器产生的光束变为线偏振光。

所述激发光路分束镜用于将入射光分为两路，依次各自经过扫描振镜系统，进入显微物镜后瞳面，激发待测样品发出荧光。其中一路光直接进入扫描振镜系统中，另一路光经平面反射镜反射后再进入扫描振镜系统，平面镜用于改变光路传播方向，同时通过压电陶瓷驱动在结构光照明成像模式中对结构光图样进行相移。两路光的光程需要满足干涉条件，以便能够进行驻波干涉和结构光照明成像两种模式。