[发明专利]一种基于偏振解调的点扫描超分辨成像方法和装置

说明书

本发明公开一种基于偏振解调的点扫描超分辨成像装置，其特征在于，包括光源、承载待测样品的样品台，所述光源与样品台之间依次设有：用于将光源发出的光束改变为线偏振光的1/4波片和1/2波片，用于将线偏振光转变为切向偏振光的偏振转换器，用于对相位进行调制最终将会聚光斑调制成多个线偏振光斑的空间光调制器，用于将激发光聚焦到样品上的显微物镜；并设有收集所述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器内位相调制函数的控制器。本发明还公开一种基于偏振解调的点扫描超分辨成像方法，利用多偏振角度激发光对样品的照射实现对荧光偶极子极化方向的解调，获得了更多维度的信息，与共聚焦系统的结合具有层析功能。

技术领域

本发明属于超分辨显微成像领域，尤其涉及一种在点扫描模式下对不同线偏振光成像并进行偏振解调的超高分辨成像方法与装置。

背景技术

一直以来，通过对生物分子的特殊标记，荧光光学显微镜在观察亚细胞结构扮演着重要的角色，然后常规的宽场光学显微镜由于受到衍射效应的影响，横向分辨率被限制在激发光的半波长左右，因此在纳米技术、材料、生物以及医学领域等的应用受到很大的限制。

荧光信息具有四个基本的物理维度，包括强度信息，波长(吸收光谱和发射光谱)，寿命信息和偏振信息。目前超分辨显微技术主要利用的是强度上的“开关”调制，包括STED技术，PALM/STORM技术等，或者利用结构上的强度调制技术包括SIM技术或者饱和SIM技术，这些技术都是利用不同波长之间的强度调制来实现超分辨显微成像。而在利用寿命信息方面，荧光寿命成像(FLM)可以对分子所处的微环境中的许多生物物理、生物化学参数如PH值、离子浓度等的分布进行定量测量，也可以与共聚焦、STED技术相结合，为生物医学研究提供新的研究手段。而在偏振信息方面，目前世界上对它的研究还不够深入，虽然存在着一些技术例如荧光偏振显微成像技术(FPM)可以对荧光分子偶极子方向进行分辨，但是受限于宽场的分辨率，应用范围并不广泛。

荧光偶极子是荧光的固有特征，它不需要特殊荧光样品的标记，具有普适性，其偶极子的方向决定了荧光的偏振信息，因此偏振信息确实可以为超分辨成像提供另一个维度的信息，在生物医学研究领域上提供一个新的思路。每一个荧光分子都有自己的偶极子极化方向，当激发光斑的偏振方向与偶极子极化方向相同时，荧光的激发效率最高，而当激发光斑的偏振方向与偶极子极化方向垂直时，荧光激发效率最低。因此通过调整合适的激发光的偏振方向可以理论上提高成像的分辨率和信噪比。在目前的研究当中，利用旋转入射线偏振光的偏振方向来调制荧光的偏振强度，再通过相应的解调算法，可以将相应的偏振信息和偏振强度信息解调出来，同时实现分辨率的提高。但是由于需要对入射光的偏振进行即时的旋转，并且获得纯净偏振的会聚光场，因此目前的实验方法均是在宽场的条件下进行，分辨率的提高也有限。

发明内容

本发明提供了一种基于偏振解调的点扫描超分辨成像方法和装置，结合偏振解调反卷积算法和点扫描方式，利用空间光调制器实现纯净偏振方向的旋转，在类似于共聚焦的系统下实现对普适性样品的偏振解调和超分辨成像，并具备层析功能。该种方法和装置具有成像速度快、装置简单、操作方便、样品普适性高等特点，可以很好地应用于荧光样品的超分辨成像之中。

一种基于偏振解调的点扫描超分辨定位与成像装置，包括光源、承载待测样品的样品台，所述光源与样品台之间依次设有：

用于保证激光出射偏振方向不变的保偏光纤；

用于准直激光源发出的光束的准直透镜；

用于将光源发出的光束改变为纯净线偏振光的1/2波片和1/4波片；

用于将线偏振光转变为切向偏振光的偏振转换器；

用于对相位进行调制最终将会聚光斑调制成任意线偏振光斑的空间光调制器；

用于实现对样品的快速扫描的二维扫描振镜系统；