高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统及其方法技术方案

高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，多色光源产生的激光入射到高速选通切换模块上；高速选通切换模块选择单一或多个颜色的激光照射到结构光产生及调制模块上；结构光产生及调制模块产生周期调制的结构光并对结构光的方向和相位进行控制，调制出来的激光传送至偏振控制模块；偏振控制模块调整激光偏振方向，使得结构光照明条纹的对比度高，并传送至空间滤波模块；空间滤波模块滤除冗余的杂散光，然后将激光依次经过荧光模块、物镜照射到样品模块上；样品模块发出的信号光被物镜收集、随后荧光模块将激发光和信号光分离，最终信号光被探测模块接收。本发明专利技术结构光照明条纹对比度高、成像速度快，同时至少5色成像均可达到最优性能。

High speed polychromatic multimode structure illumination super resolution microscopic imaging system and its method

Super resolution high-speed multi-color multi modal structure light microscopic imaging system, laser incident polychromatic light due to the high speed strobe switch module; high speed strobe switch module select single or multiple color laser irradiation to the optical generation and modulation module; control structure of optical generation and modulation module generates a periodic modulation of light and the structure of the light direction and phase modulation of the laser to send out polarization control module; polarization control module adjusts the laser polarization direction, the structured light stripe and high contrast, and transferred to the spatial filtering module; stray light space filtering module to filter redundancy, then followed by laser irradiation to the lens module, fluorescence sample module; signal sample module light emitted by the objective collection, then fluorescence excitation light module and signal light separation, the final letter Receive by light detector module. The structure has the advantages of high contrast, fast imaging speed, and at least 5 color imaging can achieve the best performance.

【技术实现步骤摘要】
高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统及其方法
本专利技术涉及显微镜成像领域，特别涉及一种高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统及方法。
技术介绍
光学显微镜自17世纪专利技术以来极大地促进了生物学的发展。早在1665年人类就借助光学显微镜第一次发现、描述和定义了细胞——这一生命活动的基本单元，从而开启了生物学研究从宏观描述到微观定量的转变。可以说光学显微镜，特别是荧光显微镜技术的进步，是近几十年生命科学研究突飞猛进极为重要的驱动力。但众所周知，光的波动性质限制了光学显微镜的分辨率。早在100多年前，德国科学家阿贝(Abbe)就证明光学显微镜的极限分辨率不能小于所用光波长的一半，对于绿色荧光而言，通常在200nm左右，这一分辨率极限称之为衍射极限。200nm比单个分子尺寸大100倍左右，这意味着光学显微镜不能跟踪生物过程中的细微变化，不能解析细胞器的细微结构，不能明确特定分子在细胞器亚结构内的动态分布。因此严重制约了科学家利用光学显微镜发现和回答深层次生命科学问题的可能性。电子显微镜虽具有亚纳米水平的空间分辨率，但不能用来研究活体细胞。因此光学成像系统的分辨率提高，是光学研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，其特征在于：包括多色光源(1)、高速选通切换模块(2)、结构光产生及调制模块(3)、偏振控制模块(4)、空间滤波模块(5)、荧光模块(6)、物镜(7)以及探测模块(9)；所述多色光源(1)产生的激光入射到所述高速选通切换模块(2)上；所述高速选通切换模块(2)选择单一或多个颜色的激光照射到结构光产生及调制模块(3)上；所述结构光产生及调制模块(3)产生周期调制的结构光并对结构光的方向和相位进行控制，调制出来的激光传送至偏振控制模块(4)；所述偏振控制模块(4)调整激光偏振方向，使得结构光照明条纹的对比度高，并传送至所述空间滤波模块(5)；所述空间...

【技术特征摘要】
2017.04.28 CN 20171029675161.一种高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，其特征在于：包括多色光源(1)、高速选通切换模块(2)、结构光产生及调制模块(3)、偏振控制模块(4)、空间滤波模块(5)、荧光模块(6)、物镜(7)以及探测模块(9)；所述多色光源(1)产生的激光入射到所述高速选通切换模块(2)上；所述高速选通切换模块(2)选择单一或多个颜色的激光照射到结构光产生及调制模块(3)上；所述结构光产生及调制模块(3)产生周期调制的结构光并对结构光的方向和相位进行控制，调制出来的激光传送至偏振控制模块(4)；所述偏振控制模块(4)调整激光偏振方向，使得结构光照明条纹的对比度高，并传送至所述空间滤波模块(5)；所述空间滤波模块(5)滤除冗余的杂散光，然后将激光依次经过所述荧光模块(6)、物镜(7)照射到样品模块(8)上；所述样品模块(8)发出的信号光被所述物镜(7)收集，随后所述荧光模块(6)将激发光和信号光分离，最终信号光被所述探测模块(9)接收。2.根据权利要求1所述的高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，其特征在于：所述结构光产生及调制模块用于产生至少两束相干或半相干光，当这些光束在样品内相交时可在重叠区域内产生周期性结构光用于照明样品；所述结构光产生及调制模块包括级联的分束器、光栅、数字微镜器件、或空间光调制器。3.根据权利要求1所述的高速多色多模态结构光照明超分辨率显微成像系统，其特征在于：所述偏振控制模块是可变相位延迟器及四分之一波片组成的偏振旋转器，或是固定在旋转装置上的半波片，用于旋转光源的线偏振方向以在光束重叠区域得到高对比度的结构光条纹。4.根据权利要求1所述的高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，其特征在于：所述多色光源是宽光谱光源、或是多个窄带的单个LED光源、或是多个单色性好的激光器。5.根据权利要求1所述的高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，其特征在于：当采用单色激光器时，所述高速选通切换模块为声光可调谐滤波器、或是电光调制器，用于高速选择一个或多个特定波长的激光器耦合进入后续光路；当采用宽光谱光源或是多个窄带的单个LED光源时，所述高速选通切换模块是高频数字信号发生器或是高速滤光片转盘。6.根据权利要求1所述的高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，其特征在于：所述空间滤波模块包括高速振动电机以及滤光模板；所述滤光模板安装在高速振动电机上，用于针对特定方向的结构光条纹滤除其冗余的杂散光。7.根据权利要求1所述的高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，其特征在于：所述荧光模块包括筒镜、二向色片及滤光片；所述探测模块包括用于探测信号光的科研级相机以及用于针对特定的信号光光波长范围选择合适的滤光片以去除激发光的滤光片转盘。8.根据权利要求1所述的高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统，其特征在于：所述探测模块至少包括两路，其中一路采集时，另一路可针对下一信号光的光谱范围提前准备相应的滤光片，交替操作实现无停顿采集。9.根据权利要求1-8任一项所述的高速多色多模态结构光照明超分辨显微成像系统的成像方法，其特征在于：在双光束入射形成全内反射、掠入射或落射结构光照明模式下，包括以下步骤：步骤10、多色光源(1)产生的激光入射到高速选通切换模块(2)上，经高速选通切换模块(2)选择后特定的波长的激光照射到结构光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李栋，李迪，张思微，刘勇，
申请(专利权)人：中国科学院生物物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11