一种基于全内反射结构光照明的宽场超分辨显微成像方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于全内反射结构光照明的宽场超分辨显微成像方法，包括：激光光束分成两路传播方向对称且振动方向垂直的线偏振光；将两路线偏振光转换为两束切向线偏振光，投射到荧光样品上发生全反射并相互干涉产生条纹结构光照明图样；收集样品发出的荧光信号，得到荧光强度信息；依次旋转结构光照明图样的干涉条纹的方向，在各方向下多次改变干涉条纹的相位，得到各方向的对应相位下的多幅荧光强度图像；利用多幅荧光强度图像进行数据处理，重构得到超分辨图像。本发明专利技术还公开基于全内反射结构光照明的宽场超分辨显微成像装置。本发明专利技术对入射光能量利用率高，干涉条纹对比度高，可以在低入射光功率条件下实现超过衍射极限的分辨率。

Wide field super resolution microscopic imaging method and device based on total internal reflection structure illumination

The invention discloses a light reflecting structure within the whole wide field super resolution imaging method, which is based on laser beam propagation direction is divided into two symmetrical and perpendicular to the vibration direction of linearly polarized light; two line polarization conversion into two tangential polarized light projected onto the fluorescent sample total reflection and mutual interference fringe lighting design; fluorescence signal samples were collected from the fluorescence intensity information in the direction of interference fringes; rotating structure lighting pattern, repeatedly changing the interference fringe phase in each direction, multiple fluorescence intensity images corresponding to each phase under the direction of the data processing; using multiple fluorescence intensity image reconstruction get a super resolution image. The invention also discloses a wide field super-resolution micro imaging device based on total internal reflection structure light illumination. The invention has high utilization rate of incident light energy and high contrast of interference fringes, and can achieve resolution beyond diffraction limit under low incident light power condition.

【技术实现步骤摘要】
一种基于全内反射结构光照明的宽场超分辨显微成像方法和装置
本专利技术属于光学超分辨显微成像领域，特别涉及一种基于全内反射结构光照明的宽场超分辨显微成像方法和装置。
技术介绍
光学显微镜在生命科学研究中扮演着重要角色。但是，由于衍射极限的存在，即理想点物通过光学系统所成的像是一个有限大小的弥散斑，导致普通光学显微镜的成像分辨率被限制在半波长左右，即200nm。近年来，为了突破衍射极限，在纳米尺度观测细胞的结构和功能，科研工作者们提出了多种超分辨光学显微镜技术。如基于单分子定位技术的成像方法，包括光激活定位显微镜、随机光学重构显微镜等。这类方法一般要求荧光标记密度较高，需要特异荧光染料，同时成像速度慢，难以观测分子动态运动。另一种技术是受激发射损耗显微镜，该技术通过调制点扩散函数实现了超分辨显微成像。但是这类技术也要求荧光标记密度较高，需要特异荧光染料，同时入射光功率较高，会产生光漂白现象。在超分辨显微成像中，更加常用的一种技术是结构光照明显微镜，这种技术通过在傅里叶域对图像频谱进行处理，将普通显微镜无法观测到的高频分量移动到低频范围内，从而获取了成像样品的精细结构，提高了图像分辨率。结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全内反射结构光照明的宽场超分辨显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)激光光束分成两路传播方向对称且振动方向垂直的线偏振光；2)将两路线偏振光转换为两束切向线偏振光，投射到荧光样品上发生全反射并相互干涉产生条纹结构光照明图样；3)收集样品发出的荧光信号，得到荧光强度信息；4)依次旋转结构光照明图样的干涉条纹的方向，在各方向下多次改变干涉条纹的相位，得到各方向的对应相位下的多幅荧光强度图像；5)利用多幅荧光强度图像进行数据处理，重构得到超分辨图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于全内反射结构光照明的宽场超分辨显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)激光光束分成两路传播方向对称且振动方向垂直的线偏振光；2)将两路线偏振光转换为两束切向线偏振光，投射到荧光样品上发生全反射并相互干涉产生条纹结构光照明图样；3)收集样品发出的荧光信号，得到荧光强度信息；4)依次旋转结构光照明图样的干涉条纹的方向，在各方向下多次改变干涉条纹的相位，得到各方向的对应相位下的多幅荧光强度图像；5)利用多幅荧光强度图像进行数据处理，重构得到超分辨图像。2.如权利要求1所述的宽场超分辨显微成像方法，其特征在于，在步骤4)中，至少在三个角度下旋转干涉条纹的方向，在各方向下至少三次改变干涉条纹的相位。3.一种基于全内反射结构光照明的宽场超分辨显微成像装置，包括激发光路模块和成像光路模块，其特征在于：所述的激发光路模块包括依次布置的：激光器，发出激光光束；扫描振镜系统，用于控制光束对样品进行扫描；离轴迈克尔逊干涉仪，用于将激光光束分成两束传播方向对称且振动方向垂直的线偏振光；切向光偏振片，用于将两束光束出射为振动方向相同的线偏振光；显微物镜，用于将两束振动方向相同的线偏振光聚焦到样品表面进行干涉产生干涉条纹，并收集发出的荧光强度信号；所述的成像光路模块包括：工业相机，用于收集所述的荧光强度信号；计算机，用于控制所述的离轴迈克尔逊干涉仪和扫描振镜系统，分别改变干涉条纹的相位和方向，并对采集的荧光强度信号进行数据处理和相位重构，得到超分辨图像。4.如权利要求3所述的宽场超分辨显微成像装置，其特征在于：所述的离轴迈克尔逊干涉仪包括：偏振光分束镜，用于将入射的线偏振光光束的两路；依次设置在偏振光分束镜的透射光路上的第一四分之一波片、凸透镜和凹面反射镜；所述的第一四分之一波片用于将线偏振光转换成圆偏振光；所述的凸透镜用于将圆偏振光聚焦到凹面反射镜上；所述的凹面反射镜放置在凸透镜的焦点处，用于反射聚焦光同时使其传输方向相对入射方向发生位移，由凹面反射镜出射的反射光再次通过凸透镜和第一四分之一波片，由圆偏振光转换为线偏振光，且偏振方向与入射光偏振方向正交；依次设置在偏振光分束镜的反射光路上的第二四分之一波片和由压电陶瓷驱动的平面反射镜；所述的第二四分之一波片用于将线偏振光转换成圆偏振光，平面反射镜用于反射圆偏振光再次通过第二四分之一波片变成线偏振光，偏振方向相对入射光转动180°；并通过所述的计算机控制压电陶瓷驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡翠方，刘文杰，陈友华，朱大钊，刘旭，张克奇，毛磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33