[发明专利]一种宽场超分辨荧光显微成像装置

说明书

本发明公开一种宽场超分辨荧光显微成像装置，包括：光源；调制单元，将光源发出的光束调制为可发生干涉的两束p偏振光和两束s偏振光，并用于改变两组光束的干涉相位差；二向色镜，两束p偏振光和两束s偏振光在其表面形成干涉条纹，并由其反射作为照射样品的结构散斑照明光，所述结构散斑照明光具有阵列分布的亮斑；成像单元，包括将所述结构散斑照明光投影到样品的显微物镜，以及用于对样品受激辐射荧光成像的相机。本发明可以同时兼顾宽的成像视场和实现超衍射极限的分辨率，通过多幅图像的移频迭代，不依赖结构光函数，因而可以很好地保证图像的超分辨率，且可以提高图像信噪比。

技术领域

本发明涉及光学超分辨显微领域，尤其涉及一种兼顾宽视场和超分辨的显微成像装置。

背景技术

超分辨荧光显微成像作为一种非接触、无损的检测手段，可以揭示细胞内分子尺度的动态和结构特征，在生命科学领域有着极为重要的作用。

根据傅里叶光学理论，传统光学系统受限于其空间带宽积 (spatial-band widthproduct，SBP)，在单次成像过程中，超分辨和宽视场往往很难兼顾，这也是目前超分辨显微成像技术发展的瓶颈问题之一。

目前，比较成功的超分辨荧光显微成像技术主要由以下几种：单分子荧光成像(PALM和STORM)，受激辐射损耗显微技术(STED)，结构光照明显微技术(SIM和SSIM)，荧光辐射微分超分辨显微技术(FED)。

PALM和STORM采用随机光照明成像的方式结合光斑中心定位算法来实现超分辨成像，因此要完成重构算法进而得到一幅超分辨图像，牺牲了系统的时间分辨率。STED是将一束空心光斑叠加在一个高斯光斑上，抑制了高斯光斑四周的荧光辐射，进而实现了超分辨成像，但其成像采用逐点扫描的办法，限制了成像视场，要实现宽场成像，必须牺牲时间分辨率。SIM和SSIM本身采用结构光对样品进行照明，因此其具有较大的视场，但SIM的分辨率理论上只能突破衍射极限两倍，而SSIM其超分辨图像反演过程很大程度上依赖结构光函数的正确性，但在操作过程中，受到实际系统设置误差、激光散斑、系统噪声等因素的影响，结构光函数与预期总有一些出入，因而会影响超分辨反演效果，且整个图像的信噪比还有待进一步提高。

因此，如何能够实现一种既具有较高的超分辨能力，又可以达到宽场、高信噪比成像，并且不以牺牲时间分辨率为代价的超分辨荧光显微技术，已成为当今超分辨领域的研究焦点。

发明内容

本发明提供了一种宽场超分辨荧光显微成像装置，可以同时兼顾宽的成像视场和实现超衍射极限的分辨率，通过多幅图像的移频迭代，不依赖结构光函数，因而可以很好地保证图像的超分辨率，而且可以提高图像信噪比，很好的服务于生物、医学等领域。

本发明的具体技术方案如下：

一种宽场超分辨荧光显微成像装置，包括：

光源；

调制单元，将光源发出的光束调制为可发生干涉的两束p偏振光和两束s偏振光，并用于改变两组光束的干涉相位差；

二向色镜，两束p偏振光和两束s偏振光在其表面形成干涉条纹，并由其反射作为照射样品的结构散斑照明光，所述结构散斑照明光具有阵列分布的亮斑；

成像单元，包括将所述结构散斑照明光投影到样品的显微物镜，以及用于对样品受激辐射荧光成像的相机。

作为改进的，所述的调制单元包括位于光源光路上的第一二分之一波片和第一分束器；并由第一分束器分束为第一p偏振光和第一s偏振光；所述第一p偏振光光路上依次设有第二二分之一波片和第二分束器，所述第二分束器将光束分束为第二p偏振光和第二s偏振光，所述第二s偏振光经光路上的第一四分之一波片和第一反射镜成为第三p偏振光；所述第三p偏振光和第二p偏振光为在二向色镜表面产生水平干涉条纹的两束p偏振光。