[发明专利]一种高密度三维单分子定位超分辨显微成像系统及方法

说明书

本发明提供了一种高密度三维单分子定位超分辨显微成像系统及方法，包括：第一激光器、荧光信号产生单元、分束单元、第一信号通道单元、第二信号通道单元、探测器以及控制终端；其中，第一信号通道单元包括第一柱透镜，第二信号通道单元包括第二柱透镜，第一柱透镜和第二柱透镜的取向相互正交；分束单元用于将荧光信号分成传播方向互相垂直的两束荧光信号；第一信号通道单元和第二信号通道单元用于分别将两束荧光信号投射至探测器进行成像；控制终端用于根据正反向像散点扩散函数图像对进行三维定位以及超分辨成像。本发明的系统在无需牺牲原有成像深度的前提下提高离焦荧光分子的三维定位精度，三维定位准确率高，有效探测范围大。

技术领域

本发明属于光学显微技术领域，尤其涉及一种高密度三维单分子定位超分辨显微成像系统及方法。

背景技术

近十几年来，以随机光学重建显微(Stochastic Optical ReconstructionMicroscopy，STORM)和光激活定位显微(Photoactivated Localization Microscopy,PALM)为代表的单分子定位超分辨显微成像技术绕过了光学衍射极限对成像分辨率的限制，实现了纳米级空间分辨率，已被应用于生命科学研究并推动了相关领域的发展。单分子定位技术通过控制荧光分子的闪烁，将空间上原本相互重叠的像斑(也称点扩散函数，Point Spread Function，PSF)在时间上进行分离，进而通过对稀疏PSF的探测和定位来重构超分辨图像，因此获得一幅超分辨图像通常需要采集数万帧原始图像，时间分辨率很低。

采用高密度成像方法可显著提高单分子定位超分辨显微成像的时间分辨率，高密度三维单分子定位超分辨成像技术为基于高密度成像方法的单分子定位超分辨显微成像技术的一种，然而现有三维高密度单分子定位超分辨成像技术存在定位精度随离焦程度增大而急剧降低，有效探测范围小的问题。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种高密度三维单分子定位超分辨显微成像系统及方法，克服现有高密度三维单分子定位超分辨成像技术存在定位精度随离焦程度增大而急剧降低，有效探测范围小的缺陷。

本发明所公开的第一实施例为一种高密度三维单分子定位超分辨显微成像系统，其中，包括：第一激光器、荧光信号产生单元、分束单元、第一信号通道单元、第二信号通道单元、探测器以及控制终端；其中，所述第一信号通道单元包括第一柱透镜，所述第二信号通道单元包括第二柱透镜，所述第一柱透镜和所述第二柱透镜的取向相互正交；

所述荧光信号产生单元用于将所述第一激光器产生的第一激光光束投射至样品面，激发样品中的荧光分子产生荧光信号；

所述分束单元用于接收所述荧光信号，并将所述荧光信号分成传播方向互相垂直的两束荧光信号；

所述第一信号通道单元用于接收所述传播方向互相垂直的两束荧光信号中的一束荧光信号，并将所述传播方向互相垂直的两束荧光信号中的一束荧光信号投射至所述探测器的第一区域进行成像；

所述第二信号通道单元用于接收所述传播方向互相垂直的两束荧光信号中的另一束荧光信号，并将所述传播方向互相垂直的两束荧光信号中的另一束荧光信号投射至所述探测器的第二区域进行成像；

所述探测器用于采集所述传播方向互相垂直的两束荧光信号，生成正反向像散点扩散函数图像对；

所述控制终端用于根据所述正反向像散点扩散函数图像对以及预先确定的正交像散校准曲线确定所述荧光分子的三维定位信息，并根据所述三维定位信息进行图像重构，得到样品的超分辨图像。

所述的高密度三维单分子定位超分辨显微成像系统，其中，所述荧光信号产生单元包括：第一透镜组、第一提升镜组、管镜、第一二向色镜以及显微物镜；