[实用新型]一种复合超分辨成像装置

说明书

本实用新型公开了一种复合超分辨成像装置，包括：光源模块，用于提供多个不同波长的合束照明光线，并控制光线照明时序，还用于控制单一波长光线照明，或多个波长光线交替照明，或多个波长光线同时照明；复合光场调控模块，包括用于将入射光场调控为余弦结构照明光场的第一光学调控装置，用于将入射光场调控为均匀照明光场的第二光学调控装置；两种光学调控装置可以独立工作、交替工作或者同时工作；荧光成像模块，用于采集样本的多幅原始荧光图像并由计算机重建超分辨图像。本实用新型通过在一套光学成像平台实现随机光学重建与结构光照明两种超分辨成像技术联用，可实现对复杂生物体系的多模式、跨分辨率尺度同时成像。

技术领域

本实用新型属于显微成像技术领域，特别是一种复合超分辨成像装置。

背景技术

荧光超分辨成像具有广泛的应用前景，目前已经存在多种超分辨成像技术，包括随机光学重建超分辨成像技术、结构光照明超分辨成像技术、受激辐射损耗超分辨成像技术等。这些技术在提高分辨率的同时，伴随着成像速度降低、照明光功率升高、光毒性增大、成像视场变小等不利因素。

现有技术中，随机光学重建超分辨成像方法(STORM)的技术原理是：利用光开关荧光蛋白，将衍射极限范围内的单个分子在不同的时间随机地激活，并将各个荧光分子精确定位再重组，叠加获得超分辨图像，分辨率能够达到10nm甚至更高。随机光学重建显微镜主要用于细胞内单分子成像以及观测精细亚细胞结构，如观测细胞内单个蛋白的精确定位，观测蛋白与蛋白之间的相互作用，以及细胞内的微丝，微管，粘着斑，内含物等精细结构。但是随机光学重建显微镜需要采集大量原始图像(典型值为2万幅)才能重构出一张超分辨图像，成像时间从数秒钟到数十分钟不等，时间分辨率较低，难以用于活细胞成像。

结构光照明超分辨成像方法(SIM)的技术原理是：将多重相互干涉的光束照射到样本上，然后从收集到的荧光图像中提取高分辨率的信息，并重构超分辨图像。结构光照明超分辨技术因其成像速度快，激发光能量较低，对细胞伤害小，主要被用于观测亚细胞水平的活体观测，包括线粒体动态变化，细胞骨架动态变化，染色体动态变化，细胞内小囊泡运动，病毒在细胞内的移动等。但结构光照明的成像分辨率最高能较传统荧光显微镜提高2倍，达到100nm水平，难以诸如马达蛋白沿细胞骨架运动、病原体颗粒入侵细胞过程等精细生化反应，这限制了其在超微生物学、医学等领域中的应用。

生命科学和基础医学等领域对高端成像技术的需求，涵盖了超高空间分辨率、成像速度快、光照功力低、光毒性小、成像视场大等，这些需求从技术层面看存在难以调和的矛盾，目前尚没有任何单一技术手段能够同时满足这些需求，将不同种类的技术联用是突破相关困境的重要突破方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种复合超分辨成像装置，满足生命科学和基础医学研究中跨分辨率尺度成像的迫切需求。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种复合超分辨成像装置，所述装置包括：

光源模块，用于提供多个不同波长的合束照明光线，并控制光线照明时序，还用于控制单一波长光线照明，或者多个波长光线交替照明，或者多个波长光线同时照明；

复合光场调控模块，包括用于将入射光场调控为余弦结构照明光场的第一光学调控装置，和用于将入射光场调控为均匀照明光场的第二光学调控装置；两种光学调控装置可以独立工作、交替工作或者同时工作；

荧光成像模块，用于采集样本的多幅原始荧光图像并由计算机重建超分辨图像。

进一步地，所述光源模块包括：多个波长不同的光源、反射合束组件、声光可调谐滤波器、光纤耦合器、保偏光纤；所述多个波长不同的光源发出的光线通过反射合束组件合束后，照射到声光可调谐滤波器，所述声光可调谐滤波器的一级衍射光经光纤耦合器收集进入保偏光纤中，之后经保偏光纤将光线引入复合光场调控模块。

进一步地，所述反射合束组件包括：