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原文传递多光子荧光显微成像系统及成像方法

专利名称：	多光子荧光显微成像系统及成像方法
摘要：	本发明提供了一种多光子荧光显微成像系统，其包括可调谐飞秒激光器，以及沿所述可调谐飞秒激光器的激光输出光路依次布置的脉冲压缩器、扩束器、方向调节单元、光束转换单元、共振扫描振镜、聚焦单元，以及空间色散单元、聚光单元，和反射单元；还包括位于所述反射单元一侧的可搭载待测样品的样品台，位于所述样品台和所述反射单元之间的显微物镜，以及相对于所述样品台位于所述反射单元另一侧的图像采集单元，和分别与所述可调谐飞秒激光器、所述共振扫描振镜、所述图像采集单元相连的控制器。本发明也提供了基于以上成像系统的成像方法，且本发明的成像系统可时空聚焦结合进行实现快速成像，并能够提高分辨率以及有效抑制成像畸变。
专利类型：	发明专利
申请人：	温维佳
发明人：	温维佳;娄凯
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
申请号：	CN202010043433.0
公开号：	CN111175263A
代理机构：	石家庄旭昌知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	张会强
分类号：	G01N21/64;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/64
申请人地址：	400000 重庆市沙坪坝区沙坪坝正街174号
主权项：	1.一种多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述多光子荧光显微成像系统包括可调谐飞秒激光器(1)，以及沿所述可调谐飞秒激光器(1)的激光输出光路依次布置的脉冲压缩器(3)、扩束器(4)、改变所述激光线偏振方向的方向调节单元(5)、将所述激光转换为一维平顶光束的光束转换单元(6)、对转换后的一维平顶光束进行一维扫描的共振扫描振镜(7)、对扫描后的光束进行一维聚焦以形成线型光束的聚焦单元(8)，以及对所述线型光束进行频谱成分空间分离的空间色散单元(9)、汇集空间分离的光束各频谱成分的聚光单元(10)，和位于所述聚光单元(10)之后的可反射汇集后光束的反射单元(11)；所述多光子荧光显微成像系统还包括位于所述反射单元(11)一侧的可搭载待测样品的样品台(13)，位于所述样品台(13)和所述反射单元(11)之间的显微物镜(12)，以及相对于所述样品台(13)位于所述反射单元另一侧的图像采集单元(16)，和分别与所述可调谐飞秒激光器(1)、所述共振扫描振镜(7)、所述图像采集单元(16)相连的控制器(17)；其中，所述反射单元(11)反射汇集后的光束以经所述显微物镜(12)射向所述样品台(13)，且所述反射单元(11)亦设置为可透射所述样品台(13)处出射的荧光，而供所述图像采集单元(16)采集。 2.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：于所述可调谐飞秒激光器(1)和所述脉冲压缩单元(3)之间设有可通断所述激光输出的光阑单元(2)。 3.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述光阑单元(2)采用电控孔径光阑。 4.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述可调谐飞秒激光器(1)输出的脉冲激光的中心波长在700-1000nm之间，重复频率80MHz、脉冲宽度150fs，且激光单脉冲能量为13-40nJ。 5.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述可调谐飞秒激光器(1)输出激光光谱带宽在7nm-22nm范围内可调。 6.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述扩束器(4)的放大倍数在8-10之间。 7.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述方向调节单元(5)采用消色差半波片，并使得所述激光线偏振方向旋转90°。 8.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述光束转换单元(6)采用相位板，所述相位板相位分布具有函数形式其中，γ为相位调制深度，d为空间周期，为初始相位。 9.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述共振扫描振镜(7)为一维扫描振镜，并沿正交于一维平顶光束的方向进行扫描。 10.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述聚焦单元(8)采用柱透镜，且所述聚焦单元(8)在与所述共振扫描振镜(7)扫描方向平行的方向进行一维聚焦。 11.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述空间色散单元(9)采用闪耀光栅。 12.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述聚光单元(10)采用聚光透镜。 13.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述反射单元(11)采用二向色镜。 14.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述图像采集单元(16)采用相机，所述控制器(17)采用预装有设定程序的计算机。 15.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述显微物镜(12)采用平场消色差显微物镜。 16.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：在所述反射单元(11)与所述图像采集单元(16)之间设置有沿荧光出射方向依次布置的带通滤波片(14)和镜筒透镜(15)。 17.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述脉冲压缩器(4)包括反射入射激光的第一反射镜(22)，相对布置的供所述第一反射镜(22)的反射激光依次经过的第一色散棱镜(23)和第二色散棱镜(24)，使所述第二色散棱镜(24)出射激光经所述第二色散棱镜(24)及所述第一色散棱镜(23)返回的第二反射镜(25)，以及反射所述第一色散棱镜(23)的返回激光而形成输出激光的第三反射镜(26)；所述第一色散棱镜(23)与所述第二色散棱镜(24)之间的间距可调，且所述第二反射镜(25)设置为使经所述第一色散棱镜(23)和所述第二色散棱镜(24)来回的激光之间间距开。 18.根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述显微物镜(12)设置于升降平台上，以进行搭载于样品台(13)上的待测样品的三维扫描。 19.根据权利要求1至18中任一项所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：在所述可调谐飞秒激光器(1)与所述反射单元(11)之间的激光输出光路上设有若干以改变光路方向的反射镜。 20.根据权利要求19所述的多光子荧光显微成像系统，其特征在于：所述反射镜包括分置于所述光束转换单元(6)两侧的反射镜a、反射镜b，位于所述共振扫描振镜(7)与所述聚焦单元(8)之间的反射镜c，以及位于所述空间色散单元(9)和所述聚光单元(10)之间的反射镜d。 21.一种根据权利要求1所述的多光子荧光显微成像系统的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括如下的步骤： s1、将所述空间色散单元(9)换为反射镜，并将自相关仪置于所述显微物镜前； s2、开启所述可调谐飞秒激光器(1)，并调整激光器使得自相关仪测量的脉冲激光宽度至设定阈值； s3、关闭所述可调谐飞秒激光器(1)，将所述空间色散单元(9)换回，并将自相关仪取走； s4、开启所述可调谐飞秒激光器(1)，调整所述方向调节单元(5)使激光线偏振方向旋转90°； s5、利用所述共振扫描振镜(7)沿正交方向对激光进行一维扫描，并在与扫描平行的方向经所述聚焦单元(8)对激光一维聚焦形成线型光束； s6、调整所述光束转换单元(6)，并在所述空间色散单元(9)前端或所述样品台(13)处观测线型光束强度分布，直至形成均匀光强的平顶光束； s7、调整所述空间色散单元(9)，使得激光经所述空间色散单元(9)空间色散后的一级衍射效率满足设定阈值，且使激光经聚光单元(10)汇集并被反射单元(11)反射入显微物镜； s8、调整所述可调谐飞秒激光器(1)的激光光谱带宽至设定阈值，使空间色散激光沿正交的x轴与y轴均完全填充显微物镜(12)光瞳； s9、将待测样品放置于样品台(13)上，利用来自显微物镜(12)的激光激发样品产生荧光，打开图像采集单元(16)进行荧光图像采集，并通过控制器(17)生成采集图像。 22.根据权利要求21所述的多光子荧光显微成像系统的成像方法，其特征在于：还包括： s10、通过升降平台使显微物镜(12)移动而利用图像采集单元(16)三维扫描样品，并通过控制器(17)生成三维图像。
所属类别：	发明专利