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原文传递一种非线性结构光超分辨显微成像装置及方法

专利名称：	一种非线性结构光超分辨显微成像装置及方法
摘要：	本发明提供了一种非线性结构光超分辨显微成像装置及方法，通过按照预设调制函数将激光调制成光强随时间按正弦次幂函数变化的非线性激发光，并使用调制后的非线性激发光对待成像样品进行扫描激发，采集待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的非正弦荧光结构光图像，并提取荧光结构光图像的频率分量；根据叠加出的各个取向上的频率分量的叠加值组，重构出所述待成像样品的超分辨率图像。本实施例的方法不需要对荧光饱和激发和高功率的附加STED光就可以实现比线性结构光双光子超分辨显微镜更高的分辨率成像，分辨率比衍射极限提高3倍甚至更高，因此可以满足几十纳米甚至更高的双光子荧光成像需求，提高双光子荧光图像分辨率。
专利类型：	发明专利
申请人：	深圳大学
发明人：	邵永红;汪磊;郑晓敏;王美婷;屈军乐
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T18:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T03:00:00+0805
申请号：	CN201911311119.X
公开号：	CN110954524A
代理机构：	深圳市君胜知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王永文;刘文求
分类号：	G01N21/64;G02B21/00;G02B27/58;G;G01;G02;G01N;G02B;G01N21;G02B21;G02B27;G01N21/64;G02B21/00;G02B27/58
申请人地址：	518060 广东省深圳市南山区南海大道3688号
主权项：	1.一种非线性结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，包括：激光器，用于产生激光；强度调制器，用于根据预设调制函数将激光调制成强度随时间按正弦次幂函数变化的非线性激发光；扫描器，用于控制调制后的所述激发光对待成像样品进行扫描激发；探测器，用于采集待成像样品在所述激发光扫描激发后产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组；其中，所述荧光结构光图像组包括：多个荧光结构光图像；各个荧光结构光图像对应的激发光图案的取向和相位不同；计算终端，用于提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，并且对其中对应激发光图案为同一取向和不同相位的频率分量进行复位后叠加，根据叠加出的各个取向上的频率分量的叠加值组，重构出所述待成像样品的超分辨率图像。其中，所述强度调制器、扫描器、探测器和计算终端连接。 2.根据权利要求1所述的非线性结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，所述扫描器与所述探测器之间设置有第一透镜、管镜、滤光片和分束镜，所述第一透镜的后焦面与所述管镜的前焦面重合；从所述扫描器发出的出射光束经过第一透镜和所述管镜后，入射到所述滤光片上；所述滤光片过滤出所述激发光，并将过滤出的所述激发光入射到所述分束镜上。 3.根据权利要求2所述的非线性结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，所述分束镜与所述待成像样品之间设置有物镜；所述分束镜将所述滤光片传入的激发光反射到所述物镜；所述物镜将入射的所述激发光汇聚到所述待成像样品上。 4.根据权利要求2所述的非线性结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，所述分束镜与所述探测器之间设置有发射滤光片和第二透镜；所述发射滤光片对从所述分束镜透射出的光束进行过滤，得到过滤后的荧光信号；所述第二透镜，用于接收所述发射滤光片透射的荧光信号，并将所述荧光信号聚焦成像到所述探测器上。 5.根据权利要求1-4任一项所述的非线性结构光超分辨显微成像装置，其特征在于，所述预设调制函数为：其中，Iex(r)为待成像样品成像面上的激发光的光强，r代表待成像样品成像面上的任一位置，ωt为时间调制频率，为初始相位，γ为光学效应的阶数，n为任意正整数。 6.一种非线性结构光超分辨显微成像方法，其特征在于，包括：按照预设调制函数将激光调制成光强随时间按正弦次幂函数变化的非线性激发光，并使用调制后的非线性激发光对待成像样品进行扫描激发；采集待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组；其中，所述荧光结构光图像组包括：多个荧光结构光图像；各个荧光结构光图像对应的激发光图案的取向和相位不同；提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，并且对其中对应的激发光图案为同一取向和不同相位的频率分量进行复位后叠加，根据叠加出的各个取向上的频率分量的叠加值组，重构出所述待成像样品的超分辨率图像。 7.根据权利要求6所述的非线性结构光超分辨显微成像的方法，其特征在于，所述采集待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组的步骤包括：通过改变所述预设调制函数的周期和相位，获取到不同取向和不同相位的荧光结构光图像，得到所述荧光结构光图像组。 8.根据权利要求6所述的非线性结构光超分辨显微成像的方法，其特征在于，所述使用调制后的非线性激光对待成像样品进行扫描激发的步骤包括：沿所述待成像样品纵向进行逐点扫描，当一个纵向扫描完成后，再沿所述待成像样品横向进行步进扫描一次，重复执行上述逐点扫描和横向步进扫描的步骤，直至所述待成像样品扫描完成。 9.根据权利要求6所述的非线性结构光超分辨显微成像的方法，其特征在于，所述采集待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组的步骤包括：所述探测器逐点采集记录所述待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组。 10.根据权利要求6所述的非线性结构光超分辨显微成像的方法，其特征在于，所述根据叠加出的各个取向上的频率分量的叠加值组，重构出所述待成像样品的超分辨率图像的步骤包括：对叠加出的频率分量的叠加值组进行傅里叶逆变换，得到重构出的荧光信号的超分辨率图像。
所属类别：	发明专利