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原文传递基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置和成像方法

专利名称：	基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置和成像方法
摘要：	一种基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置和成像方法，装置包括多色荧光显微成像系统及单次曝光光谱成像系统，所述的多色荧光显微成像系统包括N台不同波长的激光器、N个二向色滤波片、多通道窄带滤波片、供样品放置的三维纳米平台、显微物镜、二向色片、多通道滤波片和套筒镜头；所述的单次曝光光谱成像系统依次包括空间随机相位调制器、中继放大成像系统和光电探测器。本发明可单次曝光探测获取生物活细胞超精细结构，成像速度快，对激发光功率密度要求不高，可以应用于活体细胞实时超分辨成像。为生物医学研究提供更加有意义的原始数据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	中国科学院上海光学精密机械研究所
发明人：	韩申生;童智申;刘震涛;胡晨昱;刘盛盈
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910256415.8
公开号：	CN110132910A
代理机构：	上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	张宁展
分类号：	G01N21/64(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	201800 上海市嘉定区清河路390号
主权项：	1.一种基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置，其特征在于包括多色荧光显微成像系统及单次曝光光谱成像系统，所述的多色荧光显微成像系统包括N台不同波长的激光器(1)、N个二向色滤波片(2)、多通道窄带滤波片(3)、供样品放置的三维纳米平台(4)，显微物镜(5)、二向色片(6)、多通道滤波片(7)和套筒镜头(8)；所述的单次曝光光谱成像系统依次包括空间随机相位调制器(9)、中继放大成像系统(10)和光电探测器(11)；所述的N台激光器(1)输出的激光经相应的二向色滤波片(2)反射后融合为一路，经所述的多通道窄带滤波片(3)窄带滤波后经所述的二向色片(6)、显微物镜(5)照射位于所述的三维纳米平台(4)上的样品；该样品激发的多峰荧光和激光经过所述的显微物镜(5)、二向色片(6)、多通道滤波片(7)及套筒透镜(8)后会聚，再依次经所述的空间随机相位调制器(9)、中继放大成像系统(10)后，由所述的光电探测器(11)探测，所述的N为2以上的正整数。 2.根据权利要求1所述的基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置，其特征在于，所述的显微物镜选择消色差的物镜。 3.根据权利要求1所述的基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置，其特征在于，所述的随机空间相位调制器是毛玻璃或空间光调制器。 4.根据权利要求1所述的基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置，其特征在于，所述的中继放大成像系统是各类能将调制荧光信号放大成像到光电探测器感光面上的光学成像系统。 5.根据权利要求1所述的基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置，其特征在于，所述的光电探测器(11)是各类探测单元随意分布的CCD阵列。 6.利用权利要求1至5任一项所述的基于光场多维信息融合显微超分辨成像装置进行成像的方法，其特征在于，该方法包括如下三个阶段： 1)第一阶段，标定阶段，具体步骤如下： ①将第一荧光小球放置在所述的三维纳米平台(4)上，打开与第一荧光小球激发谱对应波长的激光器(1)，激光器输出光依次经过二向色滤波片(2)、多通道窄带滤波片(3)、二向色片(6)和显微物镜(5)入射到放置有荧光小球的三维纳米平移台(4)上，激发荧光小球发射荧光信号；所述的荧光信号依次经过所述的显微物镜(5)、二向色片(6)、多通道滤波片(7)、套筒透镜(8)、空间随机相位调制器(9)和中继放大成像系统(10)，形成散斑信号Ir(r,λ)，被所述的光电探测器(11)探测记录； ②控制所述的三维纳米平台(4)，使荧光小球在空间位置上等间距地移动，并记录对应空间位置处的散斑信号Ir(ri,λ),i＝1,…,n,其中n为对应三维空间标定点的数目，ri为荧光小球的空间位置，λ为荧光小球的发射波长；完成空间维度的标定，得到第一组散斑图像； ③替换第一荧光小球，将第二荧光小球放置在三维纳米平台(4)上，打开与第二荧光小球激发谱对应波长的激光器，重复前一个波长标定过程，记录此发射波长的对应的系统响应信号，完成该波长的标定，得到第二组散斑图像； ④依次类推，完成第N个荧光小球的波长的标定，得到第N组散斑图像； ⑤所述的第一荧光小球、第二荧光小球、…、和第N荧光小球的材料不同，吸收光谱不同，发射光谱也不同； 2)第二阶段，成像阶段，具体步骤如下： ①将多色染料标记的生物样品放置在所述的三维纳米平台(4)上，打开与荧光染料分子对应激发谱的多波长激光器(1)，激光器输出光依次经过二向色滤波片(2)、多通道窄带滤波片(3)、二向色片(6)和显微物镜(5)入射到位于所述的三维纳米平台(4)上的多色染料标记的生物样品的表面，激发该多色染料标记的生物样品发射荧光信号； ②所述的生物样品发射的荧光信号依次经过所述的显微物镜(5)、二向色片(6)、多通道滤波片(7)、套筒透镜(8)、空间随机相位调制器(9)和中继放大成像系统(10)，形成散斑信号It，被所述的光电探测器(11)探测记录，完成对多色染料标记的生物样品成像； 3)第三阶段，图像反演阶段，具体步骤如下：按照标定点源空间位置和光谱顺序，将每一组散斑图像拉成一列，作为构建系统测量矩阵A的一列，将所述的散斑信号It拉成一列作为测量信号y，反演得到生物样品的图像x，公式如下：其中，\|\|·\|\|1,\|\|·\|\|2分别为l1范数和l2范数，xj为图像x的第j个像素强度值，α,β为权重系数。
所属类别：	发明专利