[发明专利]一种LED激发的短波红外荧光显微成像系统

说明书

本发明公开了一种LED激发的短波红外荧光显微成像系统。本发明中的单色LED发出的激光首先经过准直透镜被准直，并引入到显微镜落射式照明器的光路中，该激发光被二向色镜反射，并会聚到显微物镜的后焦面上，会聚光通过物镜后形成平行的激发光束，照射到样品上，激发样品中的荧光探针发出荧光；荧光信号通过物镜并透过二向色镜，最终被InGaAs相机的探测面接收，实现光电转化，信号传输到计算机进行数据处理，得到成像图或视频。本发明具有高信噪比、高放大率、高分辨率、可实时成像、可层析成像、大穿透深度以及小的组织损伤等显著优点。

技术领域

本发明属于应用光学的显微成像领域，是一种采用LED激发、结合了传统的荧光显微成像术并应用在短波红外波段的显微成像系统。

背景技术

荧光显微成像已经广泛地应用于生命科学的研究。荧光成像指利用生物组织或结构发出的荧光进行成像。由于某些荧光染料可以实现特异性标记，使得荧光成像具有提供特异性的位置信息的能力。显微成像则指使用显微物镜，实现较大放大倍数的成像。一个典型的荧光显微成像系统包括光源、分束器、物镜、荧光样品以及光电探测器。来自光源的激发光通过照明光路再经过显微物镜照射在样品上，样品被激发所产生的荧光继而被物镜收集，成像在光电探测器的探测面上，其中分束器用来分离激发光和荧光信号。共聚焦扫描显微成像和多光子扫描显微成像是其中两种重要的显微成像方法。

短波红外指的是波长位于900nm~1700mm之间的近红外光，相对于可见光（通常波长在380nm~760nm），其在生物组织内的散射更小，因此短波红外荧光显微成像具有更大的穿透深度、更高的信噪比等优势。此外，如果激发光的波长也是位于或接近短波红外波段，其对生物组织的损伤会更小。目前，基于短波红外波段的荧光成像是光学生物成像的研究热点之一。

目前用于荧光激发的光源主要有激光、LED、汞灯等。LED作为一种非相干光源，具有成本较低、波段选择范围广、光斑均匀、光束口径大等优点。国内外有一些成型的荧光显微成像系统，但尚未有基于LED激发的并在短波红外进行荧光显微成像的装置。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种LED激发的短波红外荧光显微成像系统。本发明是在正置生物显微镜的基础上搭建的一套短波红外荧光显微成像系统。采用单色LED作为光源，从上述显微镜的落射式照明器的后口引入，通过二向色镜反射到荧光样品上，激发出短波红外的荧光信号，该信号被显微物镜收集，并由InGaAs相机将光信号转化为电信号，实现荧光显微成像。

本发明采用的技术方案是：

整个显微成像系统由单色LED光源、准直透镜、显微镜落射式照明器、二向色镜、物镜、镜筒透镜、滤光片、InGaAs相机和计算机等组成。

LED发出的光首先经过准直透镜被准直，并引入到显微镜落射式照明器的光路中，该激发光被二向色镜反射，并会聚到显微物镜的后焦面上，会聚光通过物镜后形成平行的激发光束，照射到样品上，激发样品中的荧光探针发出荧光。荧光信号通过物镜并透过二向色镜，最终被InGaAs相机的探测面接收，实现光电转化，信号传输到计算机进行数据处理，得到成像图或视频。滤光片被放置在二色镜和探测器探测面之间的光路中，来滤除杂散光和激发光的干扰。改变物镜和样品之间的距离，进行不同深度的对焦，可实现样品的层析成像。

本发明具有的有益效果是：

该系统采用高功率单色LED作为激发光源，相对于显微镜配套的汞灯光源，具有如下优点：

一是LED的激发效率更高。汞灯的光谱较宽，单位波长上的功率不高，而LED可将功率集中在较窄的波段内，对具有某一特定吸收峰的荧光探针激发效果更好。

二是LED的波段选择范围广。LED可选择从紫外到近红外的一系列波段，而汞灯的光谱主要集中在可见光波段，限制了对于某些需要短波红外光激发的荧光探针的应用。