一种扫描结构光超分辨显微成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种扫描结构光超分辨显微成像装置及方法，装置包括：第一激光组件、第二激光组件、扫描器、探测器以及计算终端；第一激光组件和第二激光组件用于产生激发光和环形STED光；扫描器用于控制激发光和环形STED光对待成像样品进行扫描激发；探测器用于采集荧光信号，得到荧光结构光图像；计算终端用于根据荧光结构光图像重构超分辨图像。本发明专利技术通过环形STED光和强度随时间正弦变化的激发光对待成像样品进行扫描激发，得到超过衍射极限的条纹结构光图像，利用探测器实时同步逐点采集荧光信号，通过算法重构出超分辨图像，在低功率激发条件下可实现几十纳米甚至更高分辨率的超分辨成像。

【技术实现步骤摘要】
一种扫描结构光超分辨显微成像装置及方法
本专利技术涉及光学显微成像
，尤其涉及的是一种扫描结构光超分辨显微成像装置及方法。
技术介绍
荧光显微镜以其无损、非入侵、特异性标记及可以对活体细胞进行实时动态成像的优势，在生命科学研究中得到了广泛应用。但由于光学衍射极限的限制，一般成像最高分辨率仅能达到约200nm。为了突破衍射极限对荧光显微分辨率的限制，一系列新颖的超分辨显微成像方法被提出：随机光学重建显微(stochasticopticalreconstructionmicroscopy，STORM)技术，受激辐射耗尽(stimulatedemissiondepletion，STED)技术，结构光照明显微(structuredilluminationmicroscopy，SIM)技术，以及饱和结构光超分辨显微(SSIM)技术。STORM成像需要采集数万张原始图像，成像速度受限；STED成像需要高功率的STED光使荧光分子去激发，而且，要求的分辨率越高，需要的STED光的功率越大，限制了使用范围；SIM成像分辨率在衍射极限基础上只能提高两倍；SSIM成像需要非常高的光功率才能实现荧光分子的饱和激发，不适用于活细胞成像，无法发挥SIM的优势。因此，现有技术有待于进一步的改进。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术提供了一种扫描结构光超分辨显微成像装置及方法，克服现有STORM成像速度慢，STED超分辨技术需要提高STED光功率的方法提高成像分辨率，以及现有结构光照明超分辨技术需要饱和激发提高分辨率，无法在低功率激发条件下实现几十纳米甚至更高分辨率的超分辨成像等问题。第一方面，本实施例公开了一种扫描结构光超分辨显微成像装置，其中，包括：第一激光组件、第二激光组件、扫描器、探测器以及计算终端；所述第一激光组件用于产生强度随时间正弦变化的激发光；所述第二激光组件用于产生环形STED光；所述扫描器用于控制所述激发光和所述环形STED光对待成像样品进行扫描激发；所述探测器用于采集待成像样品在所述激发光和所述环形STED光扫描激发后产生的荧光信号，得到不同取向和不同相位的若干荧光结构光图像；所述计算终端用于提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，根据所述频率分量重构出待成像样品不同取向的若干局部超分辨图像，以及基于所述若干局部超分辨图像合成待成像样品的完整超分辨图像。所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其中，所述第一激光组件包括：第一激光器、强度调制器、第一激发滤光片以及第一反射镜；所述第一激光器用于产生第一激光；所述强度调制器用于将所述第一激光调制成强度随时间正弦变化的激发光；所述第一激发滤光片用于对所述激发光进行过滤；所述第一反射镜用于将所述第一激发滤光片过滤后的激发光反射至所述扫描器。所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其中，所述第二激光组件包括：第二激光器、螺旋相位片、第二激发滤光片以及第一分束镜；所述第二激光器用于产生第二激光；所述螺旋相位片用于将所述第二激光调制成环形STED光；所述第二激发滤光片用于对所述环形STED光进行过滤；所述第一分束镜用于将所述第二激发滤光片过滤后的环形STED光反射至所述扫描器。所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其中，所述装置还包括：第一物镜、针孔以及第二物镜；所述第一物镜用于将所述第一反射镜反射的激发光和所述第一分束镜反射的环形STED光汇聚至所述针孔；所述针孔用于对所述第一物镜汇聚的激发光和环形STED光进行空间滤波；所述第二物镜用于将所述针孔空间滤波后的激发光和环形STED光准直照射到所述扫描器上。所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其中，所述装置还包括：扫描透镜、管镜和第三物镜；所述扫描透镜用于接收所述扫描器发出的激发光和环形STED光，对其进行扩束后发出；所述管镜用于接收所述扫描透镜发出的扩束后的激发光和环形STED光，对其进行准直后发出；所述第三物镜用于接收所述管镜准直后的激发光和环形STED光，将其聚焦到待成像样品上激发产生荧光信号。所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其中，所述装置还包括：第二分束镜；所述第二分束镜用于将待成像样品上激发产生的荧光信号反射至所述探测器。所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其中，所述装置还包括：发射滤光片和第一透镜；所述发射滤光片用于对所述第二分束镜反射的荧光信号进行过滤；所述第一透镜用于将所述发射滤光片过滤后的荧光信号汇聚至所述探测器。所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其中，所述强度调制器的调制函数为：其中，Iex(r)为待成像样品成像面上激发光光强，r为待成像样品上的任意位置，ωt为时间调制频率，t为时间，为初始相位。第二方面，本实施例还公开了一种扫描结构光超分辨显微成像方法，其中，包括：通过第一激光组件产生的强度随时间正弦变化的激发光和第二激光组件产生的环形STED光对待成像样品进行扫描激发，产生荧光信号；采集待成像样品被激发光和环形STED光扫描激发产生的荧光信号，得到不同取向和不同相位的若干荧光结构光图像；提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，根据所述频率分量重构出待成像样品不同取向的若干局部超分辨图像；基于所述若干局部超分辨图像合成待成像样品的完整超分辨图像。所述的扫描结构光超分辨显微成像方法，其中，所述提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，根据所述频率分量重构出待成像样品不同取向的若干局部超分辨图像的步骤包括：提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，对同一取向的荧光结构光图像的频率分量进行复位后叠加，得到不同取向的荧光结构光图像的频率分量叠加值；对不同取向的荧光结构光图像的频率分量叠加值分别进行傅里叶逆变换，得到待成像样品不同取向的若干局部超分辨图像。本专利技术提供了一种扫描结构光超分辨显微成像装置及方法，通过强度随时间正弦变化的激发光和环形STED光对待成像样品进行扫描激发，得到超过衍射极限的条纹结构光图像，利用探测器实时同步逐点采集荧光信号，通过算法重构出待成像样品的超分辨图像，能够将传统STED超分辨显微镜的分辨率进一步提高2倍，即在低功率激发条件下可实现几十纳米甚至更高分辨率的超分辨成像。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中提供的一种扫描结构光超分辨显微成像装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例中提供的一种扫描结构光超分辨显微成像方法的较佳实施例流程图。附图中各标记：1、第一激光组件；2、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，包括：第一激光组件、第二激光组件、扫描器、探测器以及计算终端；/n所述第一激光组件用于产生强度随时间正弦变化的激发光；/n所述第二激光组件用于产生环形STED光；/n所述扫描器用于控制所述激发光和所述环形STED光对待成像样品进行扫描激发；/n所述探测器用于采集待成像样品在所述激发光和所述环形STED光扫描激发后产生的荧光信号，得到不同取向和不同相位的若干荧光结构光图像；/n所述计算终端用于提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，根据所述频率分量重构出待成像样品不同取向的若干局部超分辨图像，以及基于所述若干局部超分辨图像合成待成像样品的完整超分辨图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种扫描结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，包括：第一激光组件、第二激光组件、扫描器、探测器以及计算终端；
所述第一激光组件用于产生强度随时间正弦变化的激发光；
所述第二激光组件用于产生环形STED光；
所述扫描器用于控制所述激发光和所述环形STED光对待成像样品进行扫描激发；
所述探测器用于采集待成像样品在所述激发光和所述环形STED光扫描激发后产生的荧光信号，得到不同取向和不同相位的若干荧光结构光图像；
所述计算终端用于提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，根据所述频率分量重构出待成像样品不同取向的若干局部超分辨图像，以及基于所述若干局部超分辨图像合成待成像样品的完整超分辨图像。


2.根据权利要求1所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，所述第一激光组件包括：第一激光器、强度调制器、第一激发滤光片以及第一反射镜；
所述第一激光器用于产生第一激光；
所述强度调制器用于将所述第一激光调制成强度随时间正弦变化的激发光；
所述第一激发滤光片用于对所述激发光进行过滤；
所述第一反射镜用于将所述第一激发滤光片过滤后的激发光反射至所述扫描器。


3.根据权利要求2所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，所述第二激光组件包括：第二激光器、螺旋相位片、第二激发滤光片以及第一分束镜；
所述第二激光器用于产生第二激光；
所述螺旋相位片用于将所述第二激光调制成环形STED光；
所述第二激发滤光片用于对所述环形STED光进行过滤；
所述第一分束镜用于将所述第二激发滤光片过滤后的环形STED光反射至所述扫描器。


4.根据权利要求3所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，所述装置还包括：第一物镜、针孔以及第二物镜；
所述第一物镜用于将所述第一反射镜反射的激发光和所述第一分束镜反射的环形STED光汇聚至所述针孔；
所述针孔用于对所述第一物镜汇聚的激发光和环形STED光进行空间滤波；
所述第二物镜用于将所述针孔空间滤波后的激发光和环形STED光准直照射到所述扫描器上。


5.根据权利要求1所述的扫描结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，所述装置还包括：扫描透镜、管镜和第三物镜；...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵永红，郑晓敏，王美婷，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44