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基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统和时间检测方法技术方案

技术编号:21396127 阅读:29 留言:0更新日期:2019-06-19 06:16
本发明专利技术公开了基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC‑FLIM系统和时间检测方法。连续激光器在宽场条件下激发样品产生荧光,SCMOS将获取的样品荧光信息传递至计算机,计算机通过计算和处理,获取荧光图像的位置及强度信息,并选择性生成感兴趣区域对应的DMD二维全息图分布,同时控制DMD镜片组实现选择性光激励。DMD在计算机的控制下可将源自第一激光器的激光通过光镜组,消色散系统,DMD等传输至样品,激发样品实现FLIM。本发明专利技术将DMD应用于全自动化TCSPC‑FLIM系统中,采用DMD作为扫描器,并加入自动选择光路系统,可根据用户定义、选择,实现全自动化荧光寿命显微成像。基于本发明专利技术的光路系统极大地增加了成像扫描速度并实现选择性光激励,可有效改善荧光微弱区域的荧光成像。

Fully Automated TCSPC-FLIM System and Time Detection Method Based on DMD Computational Holographic Scanning

The invention discloses a fully automated TCSPC FLIM system and a time detection method based on DMD computed holographic scanning. The CW laser excites the sample to produce fluorescence under wide field conditions. SCMOS transmits the fluorescence information of the sample to the computer. The computer obtains the position and intensity information of the fluorescence image through calculation and processing, and selectively generates the two-dimensional hologram distribution of the region of interest corresponding to the DMD. At the same time, it controls the DMD lens group to achieve selective optical excitation. Under the control of computer, DMD can transmit the laser from the first laser to the sample through the optical lens group, the achromatic system, DMD and so on, and excite the sample to realize FLIM. The invention applies DMD to automatic TCSPC FLIM system, uses DMD as a scanner, and adds an automatic selection optical system, which can realize automatic fluorescence lifetime microscopy according to user definition and selection. The optical path system based on the invention greatly increases the imaging scanning speed and achieves selective optical excitation, which can effectively improve the fluorescence imaging of the weak fluorescence region.

【技术实现步骤摘要】
基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统和时间检测方法
本申请涉及生物医学成像领域,尤其涉及一种基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统和时间检测方法。
技术介绍
荧光寿命成像是生物医学成像领域中极为重要的一个方向,当物质受到激发光激发时,物质中的分子在吸收了能量之后从基态跃迁到第一激发态,从激发态返回到基态的过程中通过辐射跃迁的方式发射荧光。在激发停止时,荧光分子的荧光强度会降低,当强度降低到被激发时的最大光强的1/e时所用的时间定义为荧光寿命。双光子基于非线性光学,其在成像中最显著的特征就是超强的组织穿透能力和低的光漂白性。利用荧光强度成像方法较为直接,可观测不同程度的生物成像,但它的不足之处在于荧光团浓度,激发光光强,光漂白和荧光团所处环境都会影响测量的荧光强度,不利于定量分析。而荧光寿命是分子本身的特性,与荧光团的浓度和激发光强无关,但与荧光分子所处的微环境有关。因此,荧光寿命成像是一种非常有用的定量精确地测量细胞微环境的工具,且能提供生物动态信息。其作为荧光信号已被广泛用来区分样品中的不同荧光团、荧光团的能级结构以及分析荧光团所处微环境的变化、分子的结合方式、分子间能量的转移等方面。目前,基于TCSPC(time-correlatedsinglephotoncounting,时间相关单光子计数)的双光子FLIM(FluorescenceLife-timeimagingMicrocopy,荧光寿命成像)可不依赖激发光光强和光漂白,容易可视化荧光衰减曲线和泊松统计分布,但其成像速度慢、耗时长,不利于快速测得荧光寿命。专
技术实现思路
本申请实施例提供一种基于DMD(DigitalMicromirrorDevice,数字微镜器件)计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统和时间检测方法,可有效提升荧光效率以及荧光寿命成像的速率。为了实现上述目的,本申请实施例第一方面提供一种基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统,该基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统包括:计时系统、控制器、第一激光器以及在所述第一激光器的光路下游依次设置的数字微镜器件、第一物镜、可变滤光器、成像透镜、光路控制镜片组和第二物镜;所述控制器与所述数字微镜器件和计时系统连接,用于控制所述数字微镜器件的反射镜片的状态,所述第一激光器与所述计时系统连接;所述第一激光器用于发出高频脉冲激光以激发样品发出第一荧光,所述数字微镜器件用于在所述控制器的控制下通过自身的反射镜片将源自所述第一激光器的激光反射至所述第一物镜,所述第一物镜与所述成像透镜组成无限远校正光学系统和4f系统,所述第一物镜将所述激光传输至所述可变滤光器,所述可变滤光器用于从所述激光中滤出目标等级的激光,滤出的所述激光通过所述成像透镜传输至所述光路控制镜片组,所述激光被所述光路控制镜片组传输至所述第二物镜,所述激光穿过所述第二物镜到达位于所述第二物镜之后的样品,并激发所述样品产生第一荧光,所述第一荧光穿过所述第二物镜到达所述光路控制镜片组,被所述光路控制镜片组传输至所述计时系统,所述计时系统用于获取所述第一激光器发出激光的第一时间t1,或者用于检测所述第一激光器发出的激光传输到检测位置的第一时间t1,其中,所述检测位置位于所述第一激光器至所述第二物镜间的光路中;所述计时系统还用于记录自身检测到所述第一荧光的第二时间t2,其中,所述目标等级非0级。可选的,所述光路控制镜片组包括第一二向色镜,通过所述成像透镜的激光被传输至所述第一二向色镜,经所述第一二向色镜透射(或反射)后被传输至所述第二物镜,并穿过所述第二物镜到达样品,激发所述样品产生第一荧光,所述第一荧光穿过所述第二物镜到达所述第一二向色镜,经所述第一二向色镜反射(或透射)后被输至所述计时系统。进一步的,本实施例的基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统还包括位于所述成像透镜和所述第一二向色镜之间的分束镜,所述分束镜的位置为所述检测位置,通过所述成像透镜的激光被传输至所述分束镜,所述激光在所述分束镜中发生透射和反射,经所述分束镜透射和反射输出的两路激光中的一路激光传输至所述计时系统,另一路激光经所述第一二向色镜透射(或反射)后被传输至所述第二物镜,并穿过所述第二物镜到达样品,激发所述样品产生第一荧光,所述第一荧光穿过所述第二物镜到达所述第一二向色镜,经所述第一二向色镜反射(或透射)后被输至所述计时系统,所述计时系统记录自身接收到所述激光的第一时间t1。可选的,所述计时系统包括分别与所述控制器连接的第一计时单元和第二计时单元,经所述分束镜透射和反射输出的两路激光中的一路激光传输至所述第一计时单元,所述第一计时单元用于记录自身检测到激光的第一时间t1,经过所述第一二向色镜的反射或透射输出的第一荧光被传输至所述第二计时单元,所述第二计时单元用于记录自身检测到所述第一荧光的第二时间t2。可选的,所述第一物镜为消色差物镜,所述成像透镜为筒镜透镜。可选的,所述第一激光器为飞秒激光器。可选的,还包括正色散镜片组和反射镜;所述正色散镜片组位于所述第一激光器与所述数字微镜器件之间的光路中,所述反射镜位于所述正色散镜片组和所述数字微镜器件之间的光路中,所述正色散镜片组用于使所述第一激光器发出的激光产生正色散以及对所述第一激光器发出的激光进行扩束,所述反射镜用于改变从所述正色散镜片组输出的激光的光路,以使得所述激光在被所述数字微镜器件反射后的输出方向为预设方向。可选的,所述正色散镜片组包括第一透镜、第二透镜以及位于所述第一透镜和第二透镜之间的光栅,所述光栅用于使所述第一激光器发出的激光产生正色散,所述第一透镜和第二透镜组成4f系统,用于扩大所述正色散,所述第一激光器发出的激光依次经过第一透镜、光栅和第二透镜后,输入到后端的光路中。可选的,基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统还包括第二激光器,第二二向色镜、第三二向色镜以及与所述控制器连接的图像采集装置,所述第二二向色镜设置于所述数字微镜器件与所述第一物镜之间,所述第三二向色镜设置于所述光路控制镜片组与所述第二物镜之间,所述第二激光器发出的激光经过所述第二二向色镜的反射,传输至所述第一物镜,再依次通过可变滤光器、成像透镜、光路控制镜片组和第二物镜,照射于样品产生第二荧光,所述第二荧光通过所述第二物镜传输至所述第三二向色镜,在所述第三二向色镜的折射下到达所述图像采集装置,所述图像采集装置用于基于接收的所述第二荧光获取所述样品的图像信息,将所述图像信息发送给所述控制器,所述控制器用于基于所述图像信息获取所述样品上的感兴趣区域的位置信息,根据所述感兴趣区域的位置信息控制所述数字微镜器件实现选择性光激励。为了实现上述目的,本实施例第二方面还提供一种时间检测方法,应用于本实施例第一方面的基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统,所述时间检测方法包括:所述第一激光器发射激光;所述控制器控制所述数字微镜器件上的反射镜片对所述激光进行反射,以实现对第二物镜后的样品的目标检测区域的扫描;所述计时系统记录第一激光器发射激光的第一时间t1或者获取激光传输到所述检测位置的第一时间t1,以及记录检测本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC‑FLIM系统,其特征在于,包括:计时系统、控制器、第一激光器以及在所述第一激光器的光路下游依次设置的数字微镜器件、第一物镜、可变滤光器、成像透镜、光路控制镜片组和第二物镜;所述控制器与所述数字微镜器件和计时系统连接,用于控制所述数字微镜器件的反射镜片的状态,所述第一激光器与所述计时系统连接;所述第一激光器用于发出高频脉冲激光以激发样品发出第一荧光,所述数字微镜器件用于在所述控制器的控制下通过自身的反射镜片将源自所述第一激光器的激光反射至所述第一物镜,所述第一物镜与所述成像透镜组成无限远校正光学系统和4f系统,所述第一物镜将所述激光传输至所述可变滤光器,所述可变滤光器用于从所述激光中滤出目标等级的激光,滤出的所述激光通过所述成像透镜传输至所述光路控制镜片组,所述激光被所述光路控制镜片组传输至所述第二物镜,所述激光穿过所述第二物镜到达位于所述第二物镜之后的样品,并激发所述样品产生第一荧光,所述第一荧光穿过所述第二物镜到达所述光路控制镜片组,被所述光路控制镜片组传输至所述计时系统,所述计时系统用于获取所述第一激光器发出激光的第一时间t1,或者用于检测所述第一激光器发出的激光传输到检测位置的第一时间t1,其中,所述检测位置位于所述第一激光器至所述第二物镜间的光路中;所述计时系统还用于记录自身检测到所述第一荧光的第二时间t2,其中,所述目标等级非0级。...

【技术特征摘要】
1.一种基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统,其特征在于,包括:计时系统、控制器、第一激光器以及在所述第一激光器的光路下游依次设置的数字微镜器件、第一物镜、可变滤光器、成像透镜、光路控制镜片组和第二物镜;所述控制器与所述数字微镜器件和计时系统连接,用于控制所述数字微镜器件的反射镜片的状态,所述第一激光器与所述计时系统连接;所述第一激光器用于发出高频脉冲激光以激发样品发出第一荧光,所述数字微镜器件用于在所述控制器的控制下通过自身的反射镜片将源自所述第一激光器的激光反射至所述第一物镜,所述第一物镜与所述成像透镜组成无限远校正光学系统和4f系统,所述第一物镜将所述激光传输至所述可变滤光器,所述可变滤光器用于从所述激光中滤出目标等级的激光,滤出的所述激光通过所述成像透镜传输至所述光路控制镜片组,所述激光被所述光路控制镜片组传输至所述第二物镜,所述激光穿过所述第二物镜到达位于所述第二物镜之后的样品,并激发所述样品产生第一荧光,所述第一荧光穿过所述第二物镜到达所述光路控制镜片组,被所述光路控制镜片组传输至所述计时系统,所述计时系统用于获取所述第一激光器发出激光的第一时间t1,或者用于检测所述第一激光器发出的激光传输到检测位置的第一时间t1,其中,所述检测位置位于所述第一激光器至所述第二物镜间的光路中;所述计时系统还用于记录自身检测到所述第一荧光的第二时间t2,其中,所述目标等级非0级。2.根据权利要求1所述的基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统,其特征在于,所述光路控制镜片组包括第一二向色镜,通过所述成像透镜的激光被传输至所述第一二向色镜,经所述第一二向色镜透射(或反射)后被传输至所述第二物镜,并穿过所述第二物镜到达样品,激发所述样品产生第一荧光,所述第一荧光穿过所述第二物镜到达所述第一二向色镜,经所述第一二向色镜反射(或透射)后被输至所述计时系统。3.根据权利要求2所述的基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统,其特征在于,还包括位于所述成像透镜和所述第一二向色镜之间的分束镜,所述分束镜的位置为所述检测位置,通过所述成像透镜的激光被传输至所述分束镜,所述激光在所述分束镜中发生透射和反射,经所述分束镜透射和反射输出的两路激光中的一路激光传输至所述计时系统,另一路激光经所述第一二向色镜透射(或反射)后被传输至所述第二物镜,并穿过所述第二物镜到达样品,激发所述样品产生第一荧光,所述第一荧光穿过所述第二物镜到达所述第一二向色镜,经所述第一二向色镜反射(或透射)后被输至所述计时系统,所述计时系统记录自身接收到所述激光的第一时间t1。4.根据权利要求3所述的基于DMD计算全息扫描的全自动化TCSPC-FLIM系统,其特征在于,所述计时系统包括分别与所述控制器连接的第一计时单元和第二计时单元,经所述分束镜透射和反射输出的两路激光中的一路激光传输至所述第一计时单元,所述第一计时单元用于记录自身检测到激光的第一时间t1,经过所...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘丽炜闫军帅屈军乐易荣兴沈炳林任升
申请(专利权)人:深圳大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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