[发明专利]一种基于结构光照明的STED并行显微成像系统

说明书

本发明提供的基于结构光照明的STED并行显微成像系统，通过对照明模块进行设计，将激发光激光器出射的一束激发光分成两束相干光，将损耗光激光器出射的一束损耗光分成两束相干光，通过干涉分别得到均匀分布的激发结构光和损耗结构光，激发结构光和损耗结构光并对样品进行激发和损耗，进行STED并行显微成像，再采用STED的坐标定位方法和SIM频域频谱图融合法进行图像重建，实现超分辨成像，有助于扩大STED显微系统的视场范围和成像速度。

技术领域

本发明涉及显微检测仪器设计及制造领域，尤其是涉及一种基于结构光照明的STED并行显微成像系统。

背景技术

超分辨显微成像技术是一种用于生物等研究领域中的前沿技术，主要分为坐标定位类和坐标随机类两大类显微成像方法。其中坐标定位类显微成像方法中的典型代表为受激辐射损耗(STED)显微成像，STED显微成像直接采用光学方法，对样品进行逐点扫描，实现超分辨成像。但受单点扫描方式的限制，STED显微成像的成像速度比较慢。

近年来，为提高STED显微成像技术的成像速度，STED并行显微成像被提出。其中效果较好的是采用二维结构光照明模式，明显提高了成像速度。但是由于二维结构光的加入，导致成像系统复杂度变高，并且该技术中激发光没有采用结构光模式而采用宽场激发，使得有效荧光的信噪比显著降低，影响了成像分辨率。

发明内容

本发明的目的是：

提供一种成像分辨率高且成像速度快的基于结构光照明的STED并行显微成像系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于结构光照明的STED并行显微成像系统，包括照明模块、探测模块、控制模块及图像重建模块；

所述照明模块包括：激发光激光器、损耗光激光器、液晶空间光调制器、沃拉斯顿棱镜、第一透镜、通孔掩膜板、第二透镜、第一半波片、第二半波片、反射镜、第一二色镜、第二二色镜、筒镜、物镜及三维纳米位移台，所述三维纳米位移台可在XYZ三维方向移动，所述三维纳米位移台承载有待检测样品；

所述探测模块包括滤光片、探测透镜以及面阵探测器，所述面阵探测器中的像素可形成虚拟针孔；

所述控制模块电性连接于所述三维纳米位移台、面阵探测器以及液晶空间光调制器；所述图像重建模块电性连接于所述控制模块；其中：

所述激发光激光器发出的高斯光束作为激发光，所述激发光入射到所述液晶空间光调制器，所述液晶空间光调制器对所述激发光进行调制生成衍射光，所述衍射光包括±1级衍射光和0级衍射光；所述衍射光经所述第一透镜聚焦后入射进入所述通孔掩膜板，所述通孔掩膜板遮挡所述0级衍射光，只允许所述±1级衍射光通过，所述±1级衍射光经所述第二透镜准直后再依次经所述第一半波片、所述反射镜、所述二色镜、所述第二二色镜及筒镜后进入所述物镜，并在所述物镜前焦面处进行干涉，生成干涉条纹状的激发结构光，所述激发结构光对样品进行照明激发；

所述损耗光激光器发出的高斯光束作为损耗光，所述损耗光经所述沃拉斯顿棱镜损耗光分成两束偏振方向互相垂直的第一损耗光及第二损耗光，所述第一损耗光及第二损耗光经所述第二半波片后偏振方向相同，经所述第二半波片后的第一损耗光及第二损耗光再依次经所述第二二色镜和所述筒镜后进入所述物镜，并在所述物镜的前焦面处进行干涉，生成干涉条纹状的损耗结构光，所述损耗结构光对样品进行损耗；

样品经所述激发结构光的激发和损耗结构光的损耗，形成结构光光场，所述结构光光场依次经所述物镜、所述筒镜、所述第二二色镜、所述第一二色镜、所述滤光片及所述探测透镜，再在所述面阵探测器的感光面形成均匀条纹分布的图像，所述面阵探测器探测所述图像并通过所述虚拟针孔对所述图像进行空间滤波后将所述图像转化为电信号；