一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法技术

本发明专利技术提供一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法


[0001]本专利技术涉及光学显微领域，尤其涉及一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法
。

技术介绍

[0002]传统的光学显微由于光学衍射极限的限制，横向分辨率仅为
200nm
左右，无法对更小的生物分子和结构进行观察，结构光照明显微镜
(Structured illumination microscopy,SIM)
以其成像速度快
、
光毒性小
、
无需特殊荧光标记等优势，已成为生命科学领域尤其是活细胞成像中最受欢迎的超分辨成像手段
。
典型的线性
SIM(Linear SIM,L
‑
SIM)
可获得普通宽场成像显微镜约2倍的分辨率提升，非线性
SIM(Nonlinear SIM,NL
‑
SIM)
通过引入非线性效应可在
L
‑
SIM
的基础上进一步拓展成像分辨率，非线性效应包括饱和非线性效应和多光子非线性效应
。
[0003]在饱和结构光超分辨技术中，利用荧光分子的饱和激发产生非线性饱和结构光，进一步提高了成像分辨率，然而饱和非线性效应通常依赖超高光强，极易造成严重的荧光漂白现象，难以实现活细胞长时间成像，类似地，现有的多光子非线性
SIM
的实现需要依赖高功率脉冲光，且多光子数较低，一般为2，无法实现更高阶的多光子数，同样地，高功率脉冲光易造成严重的光漂白，高功率的脉冲激光器设备也非常昂贵，使得非线性
SIM
难以扩展应用
。
[0004]因此，有必要提供一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法解决上述技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法，解决了上述背景的问题
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法，包括以下步骤：
[0007]S1、
将近红外连续光调制为条纹激发光场，激发携带上转换纳米探针的成像样品，实现多光子结构光照明成像，其中多光子非线性效应，包括双光子
、
三光子和四光子非线性效应；
[0008]S2、
采集多光子结构光照明显微原始图像，其中包括多个条纹结构光方向和相位不同的荧光结构光图像；
[0009]S3、
对采集的原始图像进行后期算法处理，重构出超分辨图像
。
[0010]进一步地，步骤
S1
中使用的激发光是波长为
980nm、800nm
和
730nm
的近红外连续激光
。
[0011]进一步地，步骤
S1
中通过近红外连续光激发由
Tm
3+
作为激活离子
、Yb
3+
作为敏化剂
共掺杂的上转换纳米颗粒产生非线性双光子
、
三光子和四光子过程，实现条纹结构光场的压缩
。
[0012]进一步地，非线性结构光可表示为
[0013][0014]其中
I(r)
为激发光光强，
m
为条纹结构光的调制度，
p
为条纹结构光波矢量，
r
为空间位置，为初始相位，
n
为非线性效应多光子数，
n
为
2,3,4。
[0015]进一步地，原始图像可表示为：
[0016][0017]其中，
S(r)
为样品的荧光密度分布，
H(r)
为系统点扩散函数
PSF
，为卷积符号，对原始图像做傅里叶变换为：
[0018][0019]其中
D(k)
为
D(r)
的频谱，
H(k)
为
H(r)
的频谱，
S(k)
为
S(r)
的频谱，
C0,C1,C2...C
n
为常数
。
[0020]进一步地，通过改变结构光的光场相位
(2n+1)
次，就可以得到
(2n+1)
张原始图像，再通过傅里叶变换和线性方程即可解出所有频谱信息
。
[0021]进一步地，将获得各频谱信息进行移位合并，反卷积滤波，最后通过傅里叶逆变换就可以得到分辨率提高
(n+1)
倍的超分辨非线性结构光图像
。
[0022]与相关技术相比较，本专利技术提供的基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法具有如下有益效果：
[0023]本专利技术提供一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法：
[0024]1、
本专利技术使用的探针是上转换纳米颗粒，与传统的荧光生物标记物如量子点
、
有机荧光染料等相比，上转换纳米颗粒有着诸多优势，本专利技术方法的化学性质稳定，无毒性，无光漂白，无光闪烁，激发光为近红外光
、
造成生物体自发荧光小
。
[0025]2、
与传统非线性
SIM
重构方法相比，本专利技术使用低功率连续型近红外光作为激发光，近红外光激光器的价格相对便宜，近红外光穿透能力强，光损伤小，可用于活细胞长时间成像，成像深度高，系统成本低的优势
。
[0026]3、
本专利技术使用连续近红外光激发上转换纳米颗粒，实现三阶，四阶的高阶非线性结构光照明成像，可以实现
40
‑
60nm
的超分辨成像
。
附图说明
[0027]图1为本专利技术提供的一种基于连续近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法的流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例中的示意图
。
[0029]其中，图
2(a)
为宽场图像
、
图
2(b)
为传统
SIM
超分辨图像，图
2(c)
为双光子的非线
性
SIM
超分辨图像，图
2(d)
为四光子的非线性
SIM
超分辨图像
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明
。
[0031]请结合参阅图1‑2所示，一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法，包括以下步骤：
S1、
将近红外连续光调制为条纹激发光场，激发携带上转换纳米探针的成像样品，实现多光子结构光照明成像，其中多光子非线性效应，包括双光子
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将近红外连续光调制为条纹激发光场，激发携带上转换纳米探针的成像样品，实现多光子结构光照明成像，其中多光子非线性效应，包括双光子
、
三光子和四光子非线性效应；
S2、
采集多光子结构光照明显微原始图像，其中包括多个条纹结构光方向和相位不同的荧光结构光图像；
S3、
对采集的原始图像进行后期算法处理，重构出超分辨图像
。2.
根据权利要求1所述的连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法，其特征在于，步骤
S1
中使用的激发光是波长为
980nm、800nm
和
730nm
的近红外连续激光
。3.
根据权利要求2所述的连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法，其特征在于，步骤
S1
中通过近红外连续光激发由
Tm
3+
作为激活离子
、Yb
3+
作为敏化剂共掺杂的上转换纳米颗粒产生非线性双光子
、
三光子和四光子过程，实现条纹结构光场的压缩
。4.
根据权利要求3所述的连续光近红外激发的多光子结构光照明超分辨成像方法，其特征在于，非线性结构光可表示为其中
I(r)
为激发光光强，
m
为条纹结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保举，张鹏，潘彬雄，刘子叶，陈智睿，詹求强，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：