本发明专利技术提供了一种无背景宽场与低损超分辨两用成像装置及成像方法，该装置包括：第一泵浦光单元，用于生成第一波长光束；第二泵浦光单元，用于生成第二波长光束；样品单元，放置有包括荧光信标的待测样品，样品单元用于接收第一波长光束，对荧光信标的电荷态进行初始化，接收第二波长光束，对荧光信标的电荷态进行调制，以及输出经由荧光信标发射的第一波长光束信号、第二波长光束信号和对应于不同电荷态荧光信标的荧光光子信号其中至少之一；收集单元，用于输出经滤波处理得到的目标光子信号；控制单元，用于接收目标光子信号，以及根据目标光子信号生成无背景宽场图像或低损超分辨图像。辨图像。辨图像。
【技术实现步骤摘要】
无背景宽场与低损超分辨两用成像装置及成像方法
[0001]本专利技术涉及生物显微成像领域，更具体地，涉及一种无背景宽场与低损超分辨两用成像装置及成像方法。
技术介绍
[0002]成像技术的发展使荧光显微镜能够研究细胞内感兴趣的物质和动力学，甚至研究单分子水平的生物过程。然而，活体荧光成像的灵敏度和分辨率往往由于荧光探针和背景发射光谱之间的重叠，受到自发荧光和其他背景噪声的限制。
技术实现思路
[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种无背景宽场与低损超分辨两用成像装置及成像方法。
[0004]本专利技术的一个方面提供了一种无背景宽场与低损超分辨两用成像装置，包括：第一泵浦光单元，用于生成第一波长光束；第二泵浦光单元，用于生成第二波长光束，所述第二波长光束包括第二波长高斯光束或第二波长空心光束；样品单元，放置有包括荧光信标的待测样品，所述样品单元用于接收所述第一波长光束，对所述荧光信标的电荷态进行初始化，接收所述第二波长光束，对所述荧光信标的电荷态进行调制，以及输出经由所述荧光信标发射的第一波长光束信号、第二波长光束信号和对应于不同电荷态荧光信标的荧光光子信号其中至少之一；收集单元，用于接收所述第一波长光束信号、所述第二波长光束信号和所述荧光光子信号其中至少之一，以及输出经滤波处理得到的目标光子信号；控制单元，用于接收所述目标光子信号，以及根据所述目标光子信号生成无背景宽场图像或低损超分辨图像。
[0005]可选地，所述第一泵浦光单元包括：第一光源，用于生成所述第一波长光束；第一脉冲发生器，用于接收由所述控制单元发送的第一序列脉冲；第一调制器，用于根据所述第一序列脉冲控制所述第一波长光束，生成序列化的第一波长光束；第一光纤耦合
‑
准直系统，用于接收所述第一波长光束，以及输出第一准直光束。
[0006]可选地，所述第二泵浦光单元包括：第二光源，用于生成所述第二波长高斯光束；第二脉冲发生器，用于接收由所述控制单元发送的第二序列脉冲；第二调制器，用于根据所述第二序列脉冲控制所述第二波长光束，生成序列化的第二波长光束；第二光纤耦合
‑
准直系统，用于接收所述第二波长光束，以及输出第二准直光束。
[0007]可选地，所述第一泵浦光单元还可以包括如下中的至少之一：滤光片，用于调节所述第一波长光束的功率；反射镜，用于调节所述第一波长光束的方向；第一可调扩束器，用于调节所述第一波长光束的直径大小；第一四分之一波片，用于将线偏振的第一波长光束转换为圆偏振的第一波长光束。
[0008]可选地，所述第二泵浦光单元还可以包括如下中的至少之一：半波片，用于调节所述第二波长光束的偏振方向；偏振分束器，用于结合所述半波片，调节所述第二波长光束的
功率；第二可调扩束器，用于调节所述第二波长光束的直径大小；涡旋相位板，用于将所述第二波长高斯光束转换为所述第二波长空心光束；第二四分之一波片，用于将线偏振的第二波长光束转换为圆偏振的第二波长光束；1:1非偏振分束器，用于将所述第二波长光束按1：1的功率比例分束得到第一分束光束和第二分束光束；光功率计，用于测量所述第一分束光束或所述第二分束光束的功率，以及将测量结果发送至所述控制单元。
[0009]可选地，无背景宽场与低损超分辨两用成像装置还包括：合束单元，用于接收所述第一波长光束和所述第二波长光束，输出合束光束。
[0010]可选地，所述合束单元包括如下中的至少之一：快速偏摆镜，用于调节所述第二波长光束的方向，以及调节所述第二波长光束经显微镜头聚焦后的焦点位置；可变焦距透镜，用于调节所述第二波长光束经显微镜头聚焦后的焦平面位置；透镜组，用于调节所述第二波长光束的位置、方向和发散角；短通二向色镜，用于透射所述第一波长光束以及反射所述第二波长光束，以及接收所述第一波长光束信号、所述第二波长光束信号和所述荧光光子信号其中至少之一，滤除所述第一波长光束，反射所述第二波长光束信号和所述荧光光子信号其中至少之一；长通二向色镜，用于透射所述第二波长光束，以及接收所述第二波长光束信号和所述荧光光子信号其中至少之一，滤除所述第二波长光束，反射所述荧光光子信号。
[0011]可选地，所述样品单元包括：所述待测样品，所述荧光信标包括纳米金刚石颗粒；显微镜头，用于接收所述第一波长光束和/或所述第二波长光束，将所述第一波长光束和/或所述第二波长光束聚焦至所述待测样品上，以及收集所述待测样品中的荧光信标发射的第一波长光束信号、第二波长光束信号和荧光光子信号其中至少之一；压电陶瓷位移台，用于将所述待测样品的待测像素点以纳米精度移动到预设位置；温控箱，用于维持所述待测样品所处环境的温度及湿度的稳定。
[0012]可选地，所述收集单元包括：滤波片组，用于接收所述第一波长光束信号、所述第二波长光束信号和所述荧光光子信号其中至少之一，进行滤波处理，得到所述目标光子信号；电荷耦合器件相机，用于收集所述目标光子信号，以及将所述目标光子信号发送至所述控制单元；单光子计数器，用于收集所述目标光子信号，以及将所述目标光子信号发送至所述控制单元。
[0013]本专利技术的另一个方面提供了一种低损超分辨成像方法，包括：针对所述待测样品中的每个待测像素点，基于无背景宽场与低损超分辨两用成像装置，获取N个第一荧光强度和N个第二荧光强度，其中，所述待测样品中包括多个待测像素点，所述第一荧光强度包括在利用所述第一波长光束照射第一初始化荧光信标的情况下的荧光强度，所述第二荧光强度包括在利用所述第一波长光束和所述第二波长光束同时照射第一增强荧光信标的情况下的荧光强度，所述第一初始化荧光信标是基于所述第一波长光束对所述待测样品中的荧光信标照射得到，所述第一增强荧光信标是基于所述第一波长光束和所述第二波长光束对所述第一初始化荧光信标照射得到，N为正整数；根据所述N个第二荧光强度的平均值，确定与所述待测像素点相对应的目标荧光强度；根据与所述多个待测像素点相对应的多个目标荧光强度，确定与所述待测样品相对应的低损超分辨图像。
[0014]本专利技术的另一个方面提供了一种无背景宽场成像方法，包括：基于无背景宽场与低损超分辨两用成像装置，获取针对所述待测样品拍摄得到的第一图像和第二图像，其中，
所述第一图像包括在利用所述第一波长光束照射包括第二初始化荧光信标的待测样品的情况下获得的图像，所述第二图像包括在利用所述第一波长光束和所述第二波长光束照射包括第二增强荧光信标的待测图像的情况下获得的图像，所述第二初始化荧光信标是基于所述第一波长光束对所述待测样品中的荧光信标照射得到，所述第二增强荧光信标是基于所述第一波长光束和所述第二波长光束对所述第二初始化荧光信标照射得到；根据所述第二图像与所述第一图像的差值，确定与所述待测样品相对应的无背景宽场图像。
[0015]根据本专利技术的实施例，通过采用第一泵浦光单元生成第一波长光束，对待测样品中荧光信标的电荷态进行初始化，采用第二泵浦光单元生成第二波长光束，对荧光信标的电荷态进行调制。由于不同电荷态荧光信标的荧光信号不同，因此可以根据收集到的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无背景宽场与低损超分辨两用成像装置，包括：第一泵浦光单元，用于生成第一波长光束；第二泵浦光单元，用于生成第二波长光束，所述第二波长光束包括第二波长高斯光束或第二波长空心光束；样品单元，放置有包括荧光信标的待测样品，所述样品单元用于接收所述第一波长光束，对所述荧光信标的电荷态进行初始化，接收所述第二波长光束，对所述荧光信标的电荷态进行调制，以及输出经由所述荧光信标发射的第一波长光束信号、第二波长光束信号和对应于不同电荷态荧光信标的荧光光子信号其中至少之一；收集单元，用于接收所述第一波长光束信号、所述第二波长光束信号和所述荧光光子信号其中至少之一，以及输出经滤波处理得到的目标光子信号；控制单元，用于接收所述目标光子信号，以及根据所述目标光子信号生成无背景宽场图像或低损超分辨图像。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一泵浦光单元包括：第一光源，用于生成所述第一波长光束；第一脉冲发生器，用于接收由所述控制单元发送的第一序列脉冲；第一调制器，用于根据所述第一序列脉冲控制所述第一波长光束，生成序列化的第一波长光束；第一光纤耦合
‑
准直系统，用于接收所述第一波长光束，以及输出第一准直光束；所述第二泵浦光单元包括：第二光源，用于生成所述第二波长高斯光束；第二脉冲发生器，用于接收由所述控制单元发送的第二序列脉冲；第二调制器，用于根据所述第二序列脉冲控制所述第二波长光束，生成序列化的第二波长光束；第二光纤耦合
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准直系统，用于接收所述第二波长光束，以及输出第二准直光束。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一泵浦光单元还包括如下中的至少之一：滤光片，用于调节所述第一波长光束的功率；反射镜，用于调节所述第一波长光束的方向；第一可调扩束器，用于调节所述第一波长光束的直径大小；第一四分之一波片，用于将线偏振的第一波长光束转换为圆偏振的第一波长光束。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第二泵浦光单元还包括如下中的至少之一：半波片，用于调节所述第二波长光束的偏振方向；偏振分束器，用于结合所述半波片，调节所述第二波长光束的功率；第二可调扩束器，用于调节所述第二波长光束的直径大小；涡旋相位板，用于将所述第二波长高斯光束转换为所述第二波长空心光束；第二四分之一波片，用于将线偏振的第二波长光束转换为圆偏振的第二波长光束；1:1非偏振分束器，用于将所述第二波长光束按1：1的功率比例分束得到第一分束光束和第二分束光束；光功率计，用于测量所述第一分束光束或所述第二分束光束的功率，以及将测量结果
发送至所述控制单元。5.根据权利要求1所述的装置，还包括：合束单元，用于接收所述第一波长光束和所述第二波长光束，输出合束光束。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述合束单元包括如下中的至少之一：快速偏摆镜，用于调节所述第二波长光束的方向，以及调节所述第二波长光束经显微镜头聚焦后的焦点位置；可变焦距透镜，用于调节所述第二波长光束经显微镜头聚焦后的焦平面位置；透镜组，用于调节所述第二波长光束的位置、...
【专利技术属性】
技术研发人员：张琪，燕一皓，殷俊，石发展，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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