落射顶锥壳层光超解析系统及显微镜技术方案

本发明专利技术提供一种落射顶锥壳层光超解析系统及落射荧光显微镜。落射顶锥壳层光超解析系统包含：发光元件、透镜组及物镜。发光元件发出的激发光通过透镜组后折射为环形光，并聚焦至物镜的后物镜后焦平面，物镜将环形光聚焦形成环形光锥并聚焦于样本位置，环形光锥具有固定的厚度。此外，激发及取像皆使用同一物镜，进而达成落射荧光显微镜。

【技术实现步骤摘要】
落射顶锥壳层光超解析系统及显微镜
本专利技术涉及一种落射顶锥壳层光超解析系统，特别涉及一种产生环形光锥的落射顶锥壳层光超解析系统及包含其的落射荧光显微镜。
技术介绍
现今对生物组织的研究中，透过光学显微镜来观察是不可或缺的技术，一般的光学显微镜须将样本制成薄片，再以光源辅助使其便于观察。而在将样本制成薄片的时候，不可避免的会对组织产生破坏，甚至使样本原本应具有的特征消失。然而，当要观察的样本具有厚度时，反射光仅能观察表面，而穿透光又难以穿透样本，造成对样本观察或是摄影上的困难。为了解决这个问题，应用荧光的荧光显微术应运而生。此种荧光显微术即是透过对目标组织接合荧光蛋白，或是直接对组织以荧光染剂染色以进行后续观察。接着，含有荧光物质的样品在受到激发光的照射下产生荧光，使得观察者收集这些荧光讯号后，得到样品的荧光影像；但随着照射的时间以及强度，会让可发光的荧光分子数量逐渐减低，最终，因荧光分子用罄而无法观察荧光影像。在传统样品激发的方式(垂直穿透)下观察厚样品，由于不论是在观察/取像样品的哪一层(垂直深度的位置)，都可能同时地造成非观察层(即，非影像焦平面)荧光分子的耗竭，以至于越后面取像层的讯号越衰弱，甚至与噪声无异。为解决上述问题，在现有技术中，已知使用双镜头层光显微术(light-sheet)及双光子显微术(two-photon)来避免非焦光平面的荧光分子消耗，但双镜头层光显微术为了同时只激发整个成像平面的荧光分子，需要较复杂的光路设计，而后者使用的双光子雷射原售价昂贵，在实际应用上会产生不小的限制。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种落射顶锥壳层光超解析系统，在能够针对特定取像平面的荧光物质进行激发，得到具有深度信息的影像并能建构出立体图像之余，还能简化构造，降低装置成本。根据本专利技术的目的，提供了一种落射顶锥壳层光超解析系统，包含：发光元件，产生第一激发光；透镜组，由多个透镜组成，透镜组包含第一透镜以及第二透镜；其中第一透镜为锥透镜，第一透镜位于发光元件与第二透镜之间，第一透镜与第二透镜隔有第一预定距离，第一透镜的锥面背向发光元件，并将第一激发光折射为厚度固定的环形激发光；第二透镜将环形激发光聚焦至物镜后焦平面；分色滤镜，用于反射环型激发光；以及物镜，为凸透镜，位于物镜后焦平面与样本之间，将聚焦的环形激发光扩张至样本宽度，并将环型激发光聚焦于样本位置；其中环形激发光聚焦于样本位置前的能量低于激发阈值，而聚焦于样本位置时的能量总和高于激发阈值。优选地，落射顶锥壳层光超解析系统可进一步包含放大镜片组，位于发光元件与透镜组之间，由一对凸透镜组成，将第一激发光从第一宽度扩张至第二宽度，并将第一激发光准直。优选地，落射顶锥壳层光超解析系统的第二透镜可包含锥透镜及微透镜阵列，锥透镜的锥面面向第一透镜并将环型激发光准直后照射至微透镜阵列，微透镜阵列将该环形激发光以微透镜阵列中的多个微凸透镜分别聚焦，构成多个第二激发光，多个第二激发光呈环形排列，且多个第二激发光的焦点位于物镜后焦平面。优选地，微透镜阵列为最密堆积或棋盘堆积。优选地，第二透镜为凸透镜。优选地，发光元件可包含滤色片，用于改变第一激发光的波长。本专利技术还提供了一种落射荧光显微镜，包含上述的落射顶锥壳层光超解析系统；影像撷取装置，撷取样本所发出的荧光；载物台，位于样本位置且承载样本；调节轮，调节载物台的高度；以及目镜，用于成像至影像撷取装置。[专利技术的作用与效果]承上所述，依本专利技术的落射顶锥壳层光超解析系统，其可具有一或多个下述优点：(1)透过本专利技术的落射顶锥壳层光超解析系统，可以对有厚度的样本进行荧光激发。(2)在激发样本中的荧光物质时，可以仅激发特定区域的荧光物质，使其他区域的荧光物质仍保留荧光活性。(3)可以透过激发不同深度的样本以得到立体的样本信息，并且可以透过简单的结构来降低装置的成本。(4)可透过本专利技术的落射荧光显微镜，使用更高数值孔径的物镜，以达成更佳的影像分辨率和质量。附图说明图1为依据本专利技术实施例的落射顶锥壳层光超解析制系统的结构示意图。图2为依据本专利技术另一实施例的落射顶锥壳层光超解析制系统的结构示意图。图3为传统荧光显微镜的光路的特性，其中(A)为传统荧光显微镜照射样本时的光路示意图、(B)为对应于(A)中光路在不同高度的激光强度的示意图、(C)为光路在XY、XZ剖面的示意图。图4为传统荧光显微镜的光路施用于样本后残余的荧光的照片。图5为依据本专利技术的落射顶锥壳层光超解析系统的光路的特性，其中(A)为本专利技术的落射顶锥壳层光超解析系统照射样本时的光路示意图、(B)为对应于(A)中光路在不同高度的激光强度的示意图、(C)为光路在XZ剖面的示意图。图6为依据本专利技术的落射顶锥壳层光超解析系统的光路施用于样本后残余的荧光的照片。附图标记说明1、2：落射顶锥壳层光超解析系统10、110：发光元件100、1100：第一激发光101、1101：环形激发光102：第二激发光1104：聚焦的环形激发光106：激发光束107：环形光锥20、120：透镜组21、121：第一锥透镜22：第二锥透镜123：第三凸透镜200、1200：第一宽度201、1201：第二宽度202：样本宽度30：微透镜阵列300、1300：样本位置301、302：样本40、140：物镜后焦平面50、150：放大镜片组51、151：第一凸透镜52、152：第二凸透镜60、160：目镜70、170：影像撷取装置80、180：分色滤镜具体实施方式为利了解本专利技术的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，将本专利技术配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本专利技术实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、侷限本专利技术于实际实施上的权利范围。以下将参照相关图式，说明依本专利技术的落射顶锥壳层光超解析系统的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。请参照图1，图1为依据本专利技术实施例的落射顶锥壳层光超解析系统应用于共轭焦荧光显微镜的结构示意图。落射显微镜指激发光通过物镜照射在样本上，且样本被激发后所产生的被激发光透过相同物镜放大，以透过目镜观察的显微镜。本专利技术实施例的落射顶锥壳层光超解析系统1可包含：发光元件10、透镜组20、微透镜阵列30、物镜40、放大镜片组50、目镜60、影像撷取装置70以及分色滤镜80。发光元件10发出具有第一宽度200的第一激发光100，为控制环形光锥的厚度，可在第一激发光100的光路上设置放大镜片组50，放大镜片组50可由第一凸透镜51、第二凸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种落射顶锥壳层光超解析系统，其特征在于，包含：/n发光元件，产生第一激发光；/n透镜组，由多个透镜组成，所述透镜组包含第一透镜以及第二透镜；其中所述第一透镜为锥透镜，所述第一透镜位于所述发光元件与所述第二透镜之间，所述第一透镜与所述第二透镜隔有第一预定距离，所述第一透镜的锥面背向所述发光元件，并将所述第一激发光折射为厚度固定的环形激发光；所述第二透镜将所述环形激发光聚焦至物镜后焦平面；/n分色滤镜，用于反射所述环型激发光；以及/n物镜，为凸透镜，位于所述物镜后焦平面与样本之间，将聚焦的所述环形激发光扩张至样本宽度，并将所述环型激发光聚焦于样本位置，/n其中，所述环形激发光聚焦于所述样本位置前的能量低于激发阈值，而聚焦于所述样本位置时的能量总和高于所述激发阈值。/n

【技术特征摘要】
1.一种落射顶锥壳层光超解析系统，其特征在于，包含：
发光元件，产生第一激发光；
透镜组，由多个透镜组成，所述透镜组包含第一透镜以及第二透镜；其中所述第一透镜为锥透镜，所述第一透镜位于所述发光元件与所述第二透镜之间，所述第一透镜与所述第二透镜隔有第一预定距离，所述第一透镜的锥面背向所述发光元件，并将所述第一激发光折射为厚度固定的环形激发光；所述第二透镜将所述环形激发光聚焦至物镜后焦平面；
分色滤镜，用于反射所述环型激发光；以及
物镜，为凸透镜，位于所述物镜后焦平面与样本之间，将聚焦的所述环形激发光扩张至样本宽度，并将所述环型激发光聚焦于样本位置，
其中，所述环形激发光聚焦于所述样本位置前的能量低于激发阈值，而聚焦于所述样本位置时的能量总和高于所述激发阈值。


2.如权利要求1所述的落射顶锥壳层光超解析系统，其特征在于，还包含：放大镜片组，位于所述发光元件与所述透镜组之间，由一对凸透镜组成，将所述第一激发光从第一宽度扩张至第二宽度，并将所述第一激发光准直。


3.如权利要求1所述的落射顶锥壳层光超...

【专利技术属性】
技术研发人员：江安世，朱丽安，张炜堃，林彦颖，
申请(专利权)人：江安世，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71