基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及方法。本发明专利技术利用微镜阵列，采用同一个物镜将光片激发与荧光收集合二为一，在样品处实现样品自由，无需对样品进行复杂的处理，利用常规的样品载玻片与盖玻片即可实现，并且避免了光路调节；利用微镜阵列，将样品不同深度的光片激发荧光信息由微镜阵列系统的不同位置反射，成像于信号收集系统的不同位置，实现单物镜光片荧光显微成像，能够实现对大数值孔径物镜的使用，从而改善传统光片荧光显微成像中分辨率无法进一步提升的限制；并且，光路设计简单易行，便于实现后续产业化发展。

A fluorescent microimaging device and method based on a single objective lens lens array

【技术实现步骤摘要】
基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及方法
本专利技术涉及光片荧光显微成像技术，具体涉及一种基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及其成像方法。
技术介绍
随着荧光蛋白与染色技术的不断发展，荧光显微技术可以实现对细胞内的各类分子和细胞器的特异性标记，从而可以还原细胞内精细结构，并对单个分子或细胞器进行追踪与检测，进而实现对生命本质的探索与调控。在荧光显微镜中，利用激发光对整个样品的待观测区域进行照明，在获得目标三维分布的同时，必然对荧光集团进行多次曝光，因此从荧光技术发展以来，一直存在着两个问题，即激发光对荧光集团的光漂白和对细胞的光损伤。那么，在此基础上发展出来的光片荧光成像技术，可以很好地改善传统荧光显微镜中存在的问题。相对于传统荧光显微镜，光片荧光显微技术选用侧向照明的激发方式，对样品直接进行面激发，选择性地激发待观测的样品区域，显著地减少了无效曝光，从而有效地降低了光漂白和光损伤。与此同时，相对于传统荧光显微镜点扫描的成像方式，光片荧光显微技术面扫描的成像方式也会大大提高系统的成像速度。从光片的形成方式上，可以将光片荧光成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置，其特征在于，所述基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置包括：激发光光源、高斯光扩束准直系统、贝塞尔光束产生系统、聚焦透镜、光束扫描系统、无限远矫正光学系统、双色镜、激发物镜、压电扫描系统、滤波片、4f透镜组、微镜阵列系统、信号收集系统、数据处理系统和白光照明系统；其中，激发光光源产生高斯光，经过高斯光扩束准直系统后，进入贝塞尔光束产生系统；产生的贝塞尔光束经过聚焦透镜聚焦到光束扫描系统，经过无限远矫正光学系统的整形后作为激发光，经双色镜后进入激发物镜入瞳；激发光由于经过光束扫描系统之后，由激发物镜聚焦后，在激发物镜焦平面形成虚拟的数字激发光片...

【技术特征摘要】
1.一种基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置，其特征在于，所述基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置包括：激发光光源、高斯光扩束准直系统、贝塞尔光束产生系统、聚焦透镜、光束扫描系统、无限远矫正光学系统、双色镜、激发物镜、压电扫描系统、滤波片、4f透镜组、微镜阵列系统、信号收集系统、数据处理系统和白光照明系统；其中，激发光光源产生高斯光，经过高斯光扩束准直系统后，进入贝塞尔光束产生系统；产生的贝塞尔光束经过聚焦透镜聚焦到光束扫描系统，经过无限远矫正光学系统的整形后作为激发光，经双色镜后进入激发物镜入瞳；激发光由于经过光束扫描系统之后，由激发物镜聚焦后，在激发物镜焦平面形成虚拟的数字激发光片，对样品进行片状激发；聚焦透镜、无限远矫正光学系统和激发物镜满足共焦条件，构成共焦系统，贝塞尔光束通过聚焦透镜和无限远矫正光学系统的共焦传递后，到激发物镜焦平面处的聚焦光斑为轴向线光，由光束扫描系统，使轴向线光变为轴向面光形成数字激发光片，数字激发光片沿着轴向并垂直于样品表面；样品位于激发物镜焦平面处，样品放置在压电扫描系统上；数字激发光片激发样品产生荧光，即光片激发荧光信息，由同一激发物镜进行信号收集，经过滤波片后经4f透镜组传递至微镜阵列系统；由于数字激发光片为轴向面光，从而收集到的光片激发荧光信息也沿轴向分布，因此，样品不同深度的光片激发荧光信息，由微镜阵列系统的不同位置反射，由信号收集系统进行收集，成像于信号收集系统的不同位置，形成二维的样品图像；经微镜阵列系统后直接获得的样品图像为一系列带有条纹的光斑，通过数据处理系统去除这些条纹；白光照明系统发出白光照射至样品的表面，观测样品；利用压电扫描系统对样品进行沿垂直于轴向及数字激发光片的方向进行一维移动扫描，获得整个三维荧光分布，从而得到样品的三维分布。


2.如权利要求1所述的基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置，其特征在于，所述聚焦透镜与无限远矫正光学系统的扫描透镜和套筒透镜以及激发物镜满足共焦条件，构成共焦传递系统，聚焦透镜的后焦点与扫描透镜的前焦点重合，扫描透镜与套筒透镜满足4f条件，套筒透镜的后焦点位于激发物镜的前焦点。


3.如权利要求1所述的基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置，其特征在于，所述贝塞尔光束产生系统采用角锥镜，通过调节角锥镜与聚焦透镜之间的距离，使得贝塞尔光束的轴向中心与激发物镜的聚焦点重合；或者，贝塞尔光束产生系统利用环形光阑与凸透镜组合产生贝塞尔光束，将环形光阑放置于凸透镜的前焦面，平行光通过环形光阑后，在凸透镜后焦面形成贝塞尔光束；或者，贝塞尔光束产生系统利用空间光调制器产生贝塞尔光束，通过调控微透镜对高斯光的反射形成贝塞尔光的衍射图像，并利用激发物镜将衍射图像传递到激发物镜焦平面。


4.如权利要求1所述的基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置，其特征在于，所述微镜阵列系统包括前端的聚焦物镜、微镜阵列以及后续的收集物镜；其中，聚焦物镜和收集物镜均为长工作距离物镜，前端的聚焦物镜用来再次收集光片激发荧光信息；微镜阵列为一系列沿轴向等间隔排布的微型反射镜。


5.如权利要求4所述的基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置，其特征在于，所述微型反射镜的镜面与入射光方向呈θ角倾斜放置，40°≤θ≤50°；微型反射镜的高度大于数字激发光片厚度，小于数字激发光片厚度的两倍；微型反射镜的周期间隔小于微型反射镜处的理想轴向分辨率，大于微型反射镜处的理想轴向分辨率的三分之一。


6.一种如权利要求1所述的基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步骤：
1)激发光光源产生高斯光，经过高斯光扩束准直系统后，进入贝塞尔光束产生系统；产生的贝塞尔光束经过聚焦透镜聚焦到光束扫描系统，经过无限远矫正光学系统的整形后作为激发光，经双色镜后进入激发物镜入瞳；
2)激发光由于经过光束扫描系统之后，由激发物镜聚焦后，在激发物镜焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：施可彬，刘志文，蔡艳辉，陈倚竹，杨宏，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11