本发明专利技术公开了一种近红外激光扫描共聚焦成像系统，包括采用共聚焦结构的扫描光路单元和控制单元，该扫描光路单元包括近红外激光光源、准直扩束模块、激光滤光片、二向色反射镜、扫描振镜、f-theta透镜、镜筒透镜、成像物镜、荧光滤光片、会聚透镜、针孔和探测器等，该控制单元包括用于控制扫描振镜的运动控制模块，用于采集探测器输出信号的数据采集模块以及与运动控制模块和数据采集模块连接的数据处理模块等。其配套的方法为：以荧光发射光谱在932~1250nm之间的近红外量子点标记样品，再以前述近红外激光扫描共聚焦成像系统对样品进行检测。本发明专利技术能精确高效地实现对生物组织等样品的深层次成像，且系统结构简单，易于操作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种共聚焦显微系统及其应用，尤其涉及一种工作波长范围在近红外波段的激光扫描共聚焦成像系统，以及应用该系统对近红外量子点标记的生物组织及其它微小器件结构进行成像和观察的方法，属于光学
技术介绍
生物荧光成像技术作为生物医学领域必不可少的技术手段已经得到广泛应用，是观察细胞形态、结构和生命现象的有力工具。目前普遍应用生物荧光成像技术是二十世纪80年代发展起来的激光扫描共聚焦显微镜，它的特点是采用针孔技术排除焦点以外的光信号对图像的干扰，从而大大提高了图像的清晰度和细节分辨能力，具有很高的轴向对比度。由于激光扫描共聚焦显微镜使用的激光范围在488nnT647nm之间，属于可见光范畴,而生物细胞对可见光散射大，换言之，可见光在生物样品内的穿透深度浅，最深不超过几百微米，厚标本的信息很难采集；另外，由于生物细胞对可见光吸收大，高密度的可见光激发生物样品时更容易弓I起光毒性和光漂白现象。为了克服激光扫描共聚焦显微镜的这些缺陷，二十世纪90年代美国康奈尔大学Denk等人提出了双光子激发荧光显微技术。它采用具有高光子密度的近红外激光激发生物样品，由于生物细胞对近红外光的吸收少，对生物细胞的光毒性减少，并降低了光漂白；同时，生物细胞对近红外光的散射比可见光小，容易穿透更深的生物样本，更适合观察厚样本。然而，尽管双光子激光荧光成像技术采用了近红外光源，能够实现对厚生物样本的观察，但是，因采用的荧光染料的发射波长仍然在可见光范围，其在生物组织中依然存在吸收和散射问题，因此难以观察更深层的组织。并且，现有的激光扫描共聚焦显微系统和双光子激发荧光显微系统还普遍存在结构复杂、操作不便、成像速度慢、图像分别率低等问题，尤其难以满足对生物组织及其他类似样品进行多维度、深层次观测的需求。
技术实现思路
鉴于现有技术中的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种近红外激光扫描共聚焦成像系统，其能精确高效的实现对生物组织等样品的深层次成像，且结构简单，易于操作。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案 一种近红外激光扫描共聚焦成像系统，包括采用共聚焦结构的扫描光路单元和控制单元，其中 所述扫描光路单元包括近红外激光光源、准直扩束模块、激光滤光片、二向色反射镜、扫描振镜、f-theta透镜、第一镜筒透镜、第一成像物镜、荧光滤光片、第二会聚透镜、第二针孔和探测器； 激光光源发出的近红外光经准直扩束模块形成设定光斑大小的平行光透射至激光滤光片，再依次经二向色反射镜、扫描振镜入射到f-theta透镜上，并会聚到第一像面位置，而后经第一镜筒透镜准直形成平行光入射到成像物镜上，并聚焦在放置于样品台上的样品上，所述第一像面位置与第一镜筒透镜的焦点位置以及样品经成像物镜和第一镜筒透镜的第一次成像位置重合，样品被激发后发出的长波荧光经过成像物镜变成平行光，再经第一镜筒透镜会聚于第一成像面位置，然后经过f-theta透镜变成平行光入射到扫描振镜上，并经扫描振镜反射至二向色反射镜，其后依次透过荧光滤光片和第二会聚物镜聚焦于第二针孔上，所述第二针孔大小为第二会聚透镜的艾里斑大小，探测器紧靠第二针孔设置； 所述控制单元包括用于控制扫描振镜的运动控制模块，用于采集探测器输出信号的数据采集模块以及与运动控制模块和 数据采集模块连接的数据处理模块。进一步的，它还包括柯勒照明单元，所述柯勒照明单元包括白光光源、一个以上透镜、第二镜筒透镜和光电传感模块，白光光源发出的光经该一个以上透镜照射在样品上形成均匀照明，而经样品反射的光依次经过成像物镜和第二镜筒透镜，并最终成像于光电成像模块上。所述柯勒照明单元采用反射式柯勒照明系统，包括白光光源、成像透镜、半反半透反射镜、反射镜、第二镜筒透镜和光电传感模块，白光光源经成像透镜成像，再依次通过半反半透反射镜和反射镜的反射，将白光光源的像反射到成像物镜的后焦点位置，并在样品上形成均匀照明，样品反射的光依次经成像物镜、反射镜、半反半透反射镜和第二镜筒透镜，最后成像于光电成像模块上； 所述第一、第二镜筒透镜到成像物镜的距离相等，所述光电传感模块位于第二镜筒透镜的焦点位置。所述柯勒照明单元采用透射式柯勒照明系统，所述透射式柯勒照明系统包括白光光源、第一透镜、第二透镜、反射镜和第二镜筒透镜，白光光源经第一透镜成像在第二透镜的焦点位置，白光光源像发出的光经第二透镜变成平行光，从样品的下方均匀照明样品，样品反射的光经成像物镜成像后，经反射镜反射入第二镜筒透镜，并最后成像于光电成像模块上。所述光电成像模块采用CXD。所述准直扩束系统包括第一会聚透镜，第一针孔和准直透镜，激光光源发出的近红外光经过第一会聚透镜会聚到第一针孔上，第一针孔大小为第一会聚物镜艾里斑的大小，第一针孔发射的光经过准直透镜变成平行光入射至激光滤光片。所述准直扩束系统包括光耦合模块、单模光纤和准直透镜，激光光源发出的光经光耦合模块耦合到单模光纤中，单模光纤输出的光经过准直透镜变成平行光入射至激光滤光片。所述单模光纤的稱合效率大于73%。所述准直扩束系统还包括一个以上扩束透镜，由准直透镜输出的平行光经过所述扩束透镜入射至激光滤光片。所述数据处理模块等设于计算机系统内。所述样品内标记有荧光发射光谱在932 1250nm之间的近红外量子点，尤其优选采用荧光发射光谱峰值在1200nm的近红外量子点。所述探测器优选采用半导体制冷InGaAs探测器。所述控制单元还包括用于对探测器进行制冷的温控盒。所述扫描振镜包括反射率> 95%的第一、第二反射镜，该第一、第二反射镜在运动控制模块的控制下转动，实现对样品的二维扫描。所述近红外激光光源的工作波长范围在725 820nm。 所述激光滤光片优选中心波长为785nm，FffHM为3nm的窄带滤光片。所述二向色反射镜优选对于波长在400nnT872nm的光反射率> 90%，对波长在932nnTl300nm的光透过率大于90%的长通滤光片。所述成像物镜和会聚透镜对选定近红外光的透过率均> 65%，所述第一镜筒透镜对选定近红外光的透过率> 82%，所述f-theta透镜的工作波长725nnTl250nm，透过率>90%，所述选定近红外光的波长在725 820nm。所述突光滤光片优选对波长大于820nm的突光透过率高于90%,且对截止波长为OD > 6的长通滤光片。本专利技术还提供了一种近红外激光扫描共聚焦成像方法，该方法为以荧光发射光谱在932 1250nm之间的近红外量子点标记样品，再以如上所述的近红外激光扫描共聚焦成像系统对样品进行检测。本专利技术基于生物组织在近红外波长范围吸收少和散射小的特性，结合依据共聚焦成像技术的优势，并辅以近红外量子点标记生物组织类样品的创新性应用，从而提出了该近红外激光扫描共聚焦成像系统及方法，它利用近红外量子点的激发光和反射荧光都在近红外区域的特点，优选采用波长范围在725 820nm的近红外激光激发标记于样品内的荧光发射光谱在932 1250nm的近红外量子点，从而能实现深层生物组织的成像，成像深度可达到数厘米，远远高出了现有技术中的毫米级的成像深度。附图说明图I是本专利技术一优选实施例的主体结构示意 图2是本专利技术实施例I的结构示意 图3是本专利技术实施例2的结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种近红外激光扫描共聚焦成像系统，包括采用共聚焦结构的扫描光路单元和控制单元，其特征在于，所述扫描光路单元包括近红外激光光源、准直扩束模块、激光滤光片、二向色反射镜、扫描振镜、f-theta透镜、第一镜筒透镜、第一成像物镜、荧光滤光片、第二会聚透镜、第二针孔和探测器；激光光源发出的近红外光经准直扩束模块形成设定光斑大小的平行光透射至激光滤光片，再依次经二向色反射镜、扫描振镜入射到f-theta透镜上，并会聚到第一像面位置， 而后经第一镜筒透镜准直形成平行光入射到成像物镜上，并聚焦在放置于样品台上的样品上，所述第一像面位置与第一镜筒透镜的焦点位置以及样品经成像物镜和第一镜筒透镜的第一次成像位置重合，样品被激发后发出的长波荧光经过成像物镜变成平行光，再经第一镜筒透镜会聚于第一成像面位置，然后经过f-theta透镜变成平行光入射到扫描振镜上， 并经扫描振镜反射至二向色反射镜，其后依次透过荧光滤光片和第二会聚物镜聚焦于第二针孔上，所述第二针孔大小为第二会聚透镜的艾里斑大小，探测器紧靠第二针孔放置；所述控制单元包括用于控制扫描振镜的运动控制模块，用于采集探测器输出信号的数据采集模块以及与运动控制模块和数据采集模块连接的数据处理模块。2.根据权利要求I所述的近红外激光扫描共聚焦成像系统，其特征在于，它还包括柯勒照明单元，所述柯勒照明单元包括白光光源、一个以上透镜、第二镜筒透镜和光电传感模块，白光光源发出的光经该一个以上透镜照射在样品上形成均匀照明，而经样品反射的光依次经过成像物镜和第二镜筒透镜，并最终成像于光电成像模块上。3.根据权利要求2所述的近红外激光扫描共聚焦成像系统，其特征在于，所述柯勒照明单元采用反射式柯勒照明系统，包括白光光源、成像透镜、半反半透反射镜、反射镜、第二镜筒透镜和光电传感模块，白光光源经成像透镜成像，再依次通过半反半透反射镜和反射镜的反射，将白光光源的像反射到成像物镜的后焦点位置，并在样品上形成均匀照明，样品反射的光依次经成像物镜、反射镜、半反半透反射镜和第二镜筒透镜，最后成像于光电成像模块上；所述第一、第二镜筒透镜到成像物镜的距离相等，所述光电传感模块位于第二镜筒透镜的焦点位置。4.根据权利要求2所述的近红外激光扫描共聚焦成像系统，其特征在于，所述柯勒照明单元采用透射式柯勒照明系统，所述透射式柯勒照明系统包括白光光源、第一透镜、第二透镜、反射镜和第二镜筒透镜，白光光源经第一透镜成像在第二透镜的焦点位置，白光光源像发出的光经第二透镜变成平行光，从样品的下方均匀照明样品，样品反射的光经成像物镜成像后，经反射镜反射入第二镜筒透镜，并最后成像于光电成像模块上。5.根据权利要求2-4中任一项所述的近红外激光扫描共聚焦成像系统，其特征在于， 所述光电成像模块米用(XD。6.根据权利要求1-4中任一项所述的近红外激光扫描共聚焦成像系统，其特征在于， 所述准直扩束系统包括第一会聚透镜，第一针孔和准直透镜，激光光源发出的近红外光经过第...
【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，王懋，吴东岷，翟晓敏，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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