[发明专利]基于细胞旋转主动光操控技术的散斑荧光显微方法和系统

权利要求书

1.本发明提供的是一种基于细胞旋转主动光操控技术的散斑荧光显微方法和系统。其特征是：所述系统由动态散斑照明显微成像系统和光操控系统两部分组成。它由激光光源1、13、18；透镜2、3、6、7、14、15、20、21；微位移台4；散射体5；CMOS相机8；成像镜头9；滤光片10；双色镜11、16；复消色差显微物镜12、17；待测细胞23；反射镜22；声光偏转器19组成。所述系统中，激光光源1输出的激光光束经透镜2、3扩束后，经散射体5形成散斑图案。经透镜6、7扩束后，经双色镜11反射，在复消色差显微物镜12的后焦面形成散斑图案的像，在待测细胞23上形成全场照明。再通过移动微位移台4来调整散射体5的位置，使投射在待测细胞23上的散斑图案发生变化。通过提取这种不同的图案变化来得到待测细胞23的高时间率和高空间率的层析图像。激光器13输出的激光经透镜14、15扩束后，经双色镜16反射耦合进复消色差显微物镜17，作为捕获光聚焦在待测细胞23上，实现其稳定捕获待测。激光器18输出的激光耦合进声光偏转器19，产生具有一定偏转角度的激光光束。经透镜20、21耦合进复消色差显微物镜17。通过交替改变声光偏转器19的调制频率，使聚焦光束交替聚焦在待测细胞23的两端，分别作为推动细胞旋转的转动光和停止细胞旋转的制动光，实现对细胞转动角度的精准主动光操控。当细胞旋转至一个角度并达到稳定后，由动态散斑照明显微技术获取照明区域的荧光层析图像。在推动光和制动光的交替作用下，待测细胞23连续转动，实现动态散斑照明在细胞内的快速扫描，从而获取细胞内三维结构的高空间分辨荧光层析图像。

2.根据权利要求1所述的基于细胞旋转主动光操控技术的散斑荧光显微方法和系统。动态散斑照明宽场荧光显微成像系统主要由激光光源1；透镜2、3、6、7；散射体5；微位移台4；复消色差显微物镜12；双色镜11；滤光片10；待测细胞23；成像镜头9；CMOS相机8组成。所述系统中激光光源1发出的激光光束经透镜2和3扩束后投射到散射体5上形成散斑图案，再经过透镜6和7扩束，经双色镜11反射后在复消色差显微物镜12后焦平面上形成散斑图案的像，经复消色差显微物镜12在待测细胞23上形成全场照明。当待测细胞23在光场控制下旋转至特定角度并达到稳定状态时，通过移动微位移台4来改变散射体5的位置，使投射在待测细胞23上的散斑图案发生变化。不同散斑图案激发产生的荧光信号由复消色差显微物镜12收集，经双色镜11和滤光片10消除背景噪声，由成像镜头9和CMOS相机8同步记录多幅荧光图像。由于散斑照明条件下，焦平面附近激发产生的荧光信号变化最剧烈，利用均方根算法即可提取焦平面附近的荧光层析图像。通过改变光场强度分布控制细胞23绕轴线连续旋转，从而获取整个待测细胞23的三维结构荧光图像。

3.根据权利要求1所述的基于细胞旋转主动光操控技术的散斑荧光显微方法和系统。光操控系统主要由激光光源13、18；反射镜22；透镜14、15、20、21；双色镜16；声光偏转器19；复消色差显微物镜17组成。光操控部分由激光器1分出的捕获光和激光器18发出的经声光偏转器19控制的可偏转的光组成，捕获光的作用是捕获待测细胞，使细胞固定在一个位置，以便于成像和绕固定轴心旋转。激光器18发出的激光进入声光偏转器19，声光偏转器19可以改变激光的角度，通过透镜最后到达细胞的一侧来推动细胞，当细胞转过一定的角度，通过声光调制器19的作用，光线向另一个方向偏转，到达细胞的另一侧来制动细胞，当细胞静止时，CMOS相机8再次收集不同角度的细胞的结构，经过多次重复，最终获取细胞的三维结构。