[发明专利]一种三维荧光差分超分辨显微方法及装置

说明书

本发明公开一种三维荧光差分超分辨显微装置，包括激光器、承载待测样品的电动样品台和将光线投射到所述电动样品台的显微物镜；所述的激光器和显微物镜之间依次设有：用于将所述激光器发出的光束改变为线偏振光的起偏器；用于调制所述线偏振光偏振方向的第一二分之一波片；用于依次调制光束水平分量和垂直分量的空间光调制模块；用于对圆偏振光进行光路偏转的扫描振镜系统，由所述扫描振镜系统出射的圆偏振光经显微物镜投射到待测样品上；还包括采集待测样品发出的信号光的探测系统，以及控制所述空间光调制模块和扫描振镜系统的计算机。本发明还公开基于上述三维荧光差分超分辨显微装置实现的显微方法。

技术领域

本发明属于光学超分辨显微领域，特别涉及一种三维荧光差分超分辨显微方法及装置。

背景技术

1873年，德国科学家Abbe提出光学成像系统的“衍射极限”，任何光学显微镜都存在一个分辨率极限，由光波长以及透镜的数值孔径决定。光学显微成像系统由于“衍射极限”的存在，在可见光波段无法实现200纳米以下的高分辨成像。为此人们不断努力，研究发展超分辨成像技术，希望突破衍射极限，获得更高的分辨率。2014年从事荧光超分辨光学显微术的三位科学家获得了诺贝尔化学奖，他们开启了人类利用荧光标记方法实现超分辨显微的大门。从此，人类的光学显微已进入超分辨时代。

现在主流超分辨显微成像技术可以大致分为两类：一类是基于经典共焦系统，如受激辐射淬灭显微术(STED)，荧光发射微分显微术(FED)；另一类是基于宽场成像系统，如随机光学重组显微术(STORM)、结构光照明显微术(SIM)、光子活化定位显微术(PALM)等等。近年来，超分辨技术得到了迅猛发展，其发展方向已经不在单单局限于横向分辨率的提高，而是向着提高三维分辨率、提高成像速度、系统集成化紧凑化发展。以上提到的超分辨显微术中，有的已经向三维方向发展，为医学或生物学研究人员提供更多的微观信息。

随着分辨率的提升，光学超分辨显微方法和装置越来越受到医学和生物学领域研究人员的青睐。其快速直观无损的特定，使其得到了更多的应用，因此，高集成化、易使用，高分辨率的光学超分辨显微装置也成为了研究者们关注的重点。

发明内容

本发明提供了一种三维荧光差分超分辨显微方法及装置，可以实现超越衍射极限的三维分辨率。系统结构紧凑，单激发光路，调校方便，该方法装置简单，成像速度快，对样品没有特殊荧光染料要求。可应用于生物、医学研究中对衍射极限一下微观结构细节的三维成像。

本发明的具体技术方案如下：一种三维荧光差分超分辨显微装置，包括激光器、承载待测样品的电动样品台和将光线投射到所述电动样品台的显微物镜，所述激光器与显微物镜之间依次设有：

用于将所述激光器发出的激光转换为平行光的准直器；

用于将所述激光器发出的光束改变为线偏振光的起偏器；

用于调制所述光束偏振方向的第一二分之一波片；

用于依次调制光束水平分量和垂直分量的空间光调制模块；

用于对所述相位调制后的光束进行光路偏转的扫描振镜系统；所述圆偏振光通过所述显微物镜投射到所述待测样品上；

依次布置的分别用于对所述扫描振镜系统出射的光束进行聚焦和准直的扫描透镜和场镜；

并设有用于控制所述空间光调制器和扫描振镜系统的控制器及收集所述待测样品发出的信号光的探测系统。

优选的，所述的空间光调制模块包括：

空间光调制器，由所述计算机控制加载黑色背景或同时加载0～π相位调制图案和0～2π涡旋相位调图案；

反射镜，用于将空间光调制器反射的光束再次反射进入空间光调制器内；