[发明专利]一种阵列式线扫描荧光显微成像装置

说明书

本发明公开了一种阵列式线扫描荧光显微成像装置，包括：三维平移台以及两个成像结构；三维平移台用于使得样本沿X方向、Y方向以及Z方向移动；两个成像结构中，每一个成像结构用于在一次扫描中通过斜探测的方式对样品表面的一个成像条带进行线扫描成像，从而以阵列的形式实现同一平面的多线同时扫描成像；成像结构包括激发光模块和探测模块；激发光模块用于产生一条由激光束整形得到指定宽度的激发线光斑，激光束的发散角和倾斜角均可调节；探测模块用于将激发线光斑汇聚到样品表面，激发样品产生荧光信号，并对样品产生荧光信号进行探测成像。本发明可有效提高线扫描成像的成像速度，并降低系统的调节难度。

技术领域

本发明属于荧光显微镜仪器设计与制备领域，更具体地，涉及一种阵列式线扫描荧光显微成像装置。

背景技术

在生物工程技术领域中，共聚焦显微镜是现在生物研究以及医学研究领域内广泛应用的仪器之一。

传统的激光扫描共聚焦显微镜通过增强被观察物体与背景之间的反差提高图像的清晰程度，从而间接地提高呈现的分辨率。传统的共聚焦显微镜使用点光源作为荧光样品的激发光，使用光电倍增管进行点探测，为了提高图像的对比度，共聚焦显微镜在像平面上设计了一个与点激发光源共轭的小孔。该小孔很大程度地抑制了非焦面的杂散光以及焦平面以外的散射光的影响，从而大大提高图像的信噪比以及清晰度。由于传统共聚焦显微镜采用的是点扫描的成像方式，这极大地制约了成像速度的提高，虽然有一系列的高速扫描器件以及多点同时扫描方案被用于共聚焦的扫描成像中，其成像速度可在512×512像素水平下高达到30帧/秒，但对于厘米级生物组织的荧光成像而言，该速度依然耗时较长，以小鼠大脑海马区的冠状面为例，单层扫描成像需要大约175秒。如果需要对100um厚度的脑片进行三维扫描成像，则成像时间会长达5小时。随着脑神经科学研究的发展，对大体积脑组织进行快速三维成像已经成为了当前神经光学成像领域的急迫需求。

由于传统共聚焦显微镜采用与激发点光源共轭的小孔抑制背景光源，所以小孔的位置调节以及小孔的加工精度都会影响共聚焦显微镜的成像质量。受限于加工工艺以及小孔的调节难度，共聚焦显微镜的整体搭建和调节难度都很大。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种阵列式线扫描荧光显微成像装置，其目的在于，采用斜探测的方式，对样品表面进行阵列式地扫描成像，在保证成像焦面的同时提高成像速度；同时，设计特别的调节结构，以简单快速地实现对系统光路的调节，降低装置的调节难度。

为实现上述目的，本发明提供了一种阵列式线扫描荧光显微成像装置，其特征在于，包括：三维平移台以及两个成像结构；三维平移台用于使得样本沿X方向、Y方向以及Z方向移动，实现对样本的三维扫描成像；两个成像结构中，每一个成像结构用于在一次扫描中通过斜探测的方式对样品表面的一个成像条带进行线扫描成像；两个成像结构在样本表面的成像区域的X方向位置相同且Y方向位置相邻，从而以阵列的形式实现同一平面的多线同时扫描成像；成像结构包括：激发光模块和探测模块；激发光模块用于产生一条由激光束整形得到的激发线光斑，激光束的发散角和倾斜角均可调节；探测模块用于将激发线光斑汇聚到样品表面，激发样品产生荧光信号，并对样品产生荧光信号进行探测成像；基于激光束的发散角可调节，经激光束整形得到的激发线光斑被汇聚后的Z方向位置可调节；基于激光束的倾斜角可调节，经激光束整形得到的激发线光斑被汇聚后的X方向位置可调节；其中，X方向为扫描方向，Z方向为样本轴向，Y方向为同一平面内成像条带的分布方向，并且X方向、Y方向、Z方向构成右手坐标系。

进一步地，激发光模块包括沿光路方向依次设置的激光光源、扩束单元、反射镜组以及柱面镜；扩束单元用于对激光光源产生的激光束扩束并调节激光束的发散角，进而调节激发线光斑被聚焦后的Z方向位置；反射镜组用于调节激光束的倾斜角，进而调节激发线光斑被聚焦后的X方向位置；柱面镜用于将激光束整形为激发线光斑。

更进一步地，扩束单元包括共光轴设置的第一透镜和第二透镜；第一透镜与第二透镜的轴向相对位置可调节。