[发明专利]微生物多模态成像系统和微生物多模态成像检测方法

说明书

本发明公开了一种微生物多模态成像系统和微生物多模态成像检测方法，系统包括激光器组、适于将射入的第一成像激光束分成参考光束和样品光束或通过射入的第二成像激光束的光纤分束器、适于根据射入的样品光束和加载的第一模拟全息图像生成相应的第一结构光并将所述第一结构光照射至样品上或根据射入的第二成像激光束和加载的第二模拟全息图像生成的第二结构光并将所述第二结构光照射至样品上的照明单元。它结合了光学衍射层析成像技术和三维结构照明显微镜技术的优势，利用数字微镜为其提供时分结构照明光，既能测量反映活性细胞或生物内部结构的三维定量信息，还能获得细胞或生物的三维荧光像，具有高的时空分辨率和特异性。

技术领域

本发明涉及一种微生物多模态成像系统和微生物多模态成像检测方法。

背景技术

目前，饮用水中微生物，如隐孢子虫、贾第鞭毛虫和细菌等，会引起呕吐和腹泻等疾病，严重时可致死亡，为控制寄生虫病的传播和流行，保障人民饮食安全和生命健康，需要从源头上对饮用水中微生物进行检测、识别和预警。

荧光显微镜是一种常见的观测微生物形态的工具，通过特定的荧光蛋白或染料标记细胞内的特定分子来获得分子特异性信息，得到样品荧光图像。常规的荧光显微镜成像分辨率受限于光学衍射极限。近年来，利用三维空间结构光激发的荧光图像获得了优于常规荧光显微镜的横向和轴向分辨率。尽管三维结构光照明荧光成像方法具有出色的空间分辨率，但时间分辨率较差（机械式轴向扫描、长采集时间），而且存在荧光显微镜不可避免的问题，即荧光试剂的光毒性和光漂白性会对样品造成不可恢复的损伤。

光学衍射层析成像技术是一种定量成像方式，可用于测量生物样品的三维折射率分布。光学衍射层析无需荧光标记且无创的，避免了荧光分子对样品内部的破坏，保证了生物样品的活性，且图像采集速度快。然而，光学衍射层析提供的折射率通常只能提供有限的分子特异性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种微生物多模态成像系统，它结合了光学衍射层析成像技术和三维结构照明显微镜技术的优势，荧光成像和光学衍射层析成像技术提供的细胞信息互补，故本发明利用数字微镜为其提供结构照明光，既能快速测量反映细胞或生物内部结构的三维定量信息，还能获得细胞或生物的三维荧光像，具有高的时空分辨率和特异性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种微生物多模态成像系统，它具有光学衍射层析模态和结构光照明荧光成像模态，它包括：

激光器组，所述激光器组包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器适于产生在光学衍射层析模态下的第一成像激光束，所述第二激光器适于产生在结构光照明荧光成像模态下的第二成像激光束；

适于将射入的第一成像激光束分成参考光束和样品光束或通过射入的第二成像激光束的光纤分束器；

适于根据射入的样品光束和加载的第一模拟全息图像生成相应的第一结构光并将所述第一结构光照射至样品上或根据射入的第二成像激光束和加载的第二模拟全息图像生成第二结构光并将所述第二结构光照射至样品上的照明单元；

适于记录用所述第一结构光照射的样品产生的衍射光束和所述参考光束发生干涉时产生的二维全息图像的第一相机；

适于利用多个二维全息图像通过波恩近似和傅里叶变换算法得到样品内三维折射率图像的第一单元；

适于记录用所述第二结构光照明的样品在不同轴向位置下的二维荧光图像的第二相机；

适于根据多个二维荧光图像通过图像合成得到样品的三维荧光图像的第二单元。

进一步，还包括控制器，所述控制器分别与所述第一激光器和所述第二激光器控制相连，所述控制器适于控制所述第一激光器和所述第二激光器中的一个工作。