[发明专利]一种超分辨显微成像系统

说明书

本发明实施例公开了一种超分辨显微成像系统。该系统包括：激发光源产生模块、成像模块、焦平面锁定模块以及控制与数据采集模块；其中，激发光源产生模块用于产生激发光源；成像模块用于接收激发光源，将激发光源照射在样品玻片的样品上使得样品视场区域产生荧光，并通过相机采集反射回来的荧光；焦平面锁定模块用于向成像模块发射激光，并接收成像模块反射回来的激光，以锁定成像模块中物镜镜头与样品玻片的距离；控制与数据采集模块用于控制调节激发光源产生模块、成像模块以及焦平面锁定模块中的光学元件，并采集成像模块获得的荧光数据以进行数据分析。该系统实现了紧凑自动化程度高且可调可控的单分子定位显微技术，并提高了精度和准确率。

技术领域

本发明实施例涉及显微成像技术领域，尤其涉及一种超分辨显微成像系统。

背景技术

荧光显微镜凭借良好的分子特异性和非侵入式成像的能力，成为观测分析生物细胞所使用的最广泛的技术。由于光的衍射，传统光学显微镜的分辨率始终无法突破阿贝衍射极限，即光波长的一半，约250纳米左右。而大部分生物分子和分子复合体结构的尺寸小于100纳米，因此在过去很长的一段时间内，研究者无法清晰地观测生物分子和细胞的细节信息。近年来，尽管X射线晶体学、核磁共振、冷冻电镜技术凭借硬件和成像方法的改进，使得解构埃米量级的生物三维结构成为可能。但是由于这些技术通常对观测环境的要求极高，同时需要对待测样品进行复杂的预处理步骤(提纯、结晶或冷冻等)，另外考虑到高昂的设备成本，在细胞中原位研究生物大分子的三维结构和组分构成(比如蛋白质复合体，三维基因组结构等)依然是个巨大的挑战。而随着激光技术、光场调控理论以及荧光标记方法的进步，近年来基于光学显微的超分辨成像技术取得了较大进展，包括结构光照明显微技术(Structure Illumination Microscopy，SIM)、受激发射损耗荧光显微技术(StimulatedEmission Depletion，STED)以及单分子定位显微技术(Single molecule localizationmicroscopy，SMLM)等。这些技术凭借荧光分子标记技术和图像重构算法的进步，将光学显微的分辨率拓展到纳米尺度。STED和SIM都是通过光学的方法对照明光进行调制，并利用荧光分子的饱和机制抑制衍射极限区域内的荧光分子同时进行荧光发射，从而减小了爱里斑的大小，以达到突破衍射极限的目的。SMLM则是在不同的时间里对衍射极限区域内的单个荧光分子随机激发来实现突破衍射极限的目的。相比于STED和SIM，SMLM是目前分辨率最高的超分辨显微镜技术，而且由于其相对简单的硬件结构，是目前最为广泛应用的超分辨技术。

但是传统的SMLM一般是在商用宽场显微镜上进行改装实现的，往往存在功能多余以及紧凑型不高的现象，在针对具体的应用时，存在改造升级困难、成本高以及无法满足需求等问题，无法达到采集细胞内原位实时分子活动原始图像的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种超分辨显微成像系统，以提高系统的紧凑性和可调可控性，从而解决采集细胞内原位实时分子活动原始图像信息的需求问题，提高现有单分子定位显微方法的精度与准确率。

本发明实施例提供了一种超分辨显微成像系统，包括：激发光源产生模块、成像模块、焦平面锁定模块以及控制与数据采集模块；其中，

所述激发光源产生模块用于产生激发光源；

所述成像模块用于接收所述激发光源，将所述激发光源照射在样品玻片的样品上使得样品视场区域产生荧光，并通过相机采集反射回来的荧光；

所述焦平面锁定模块用于向所述成像模块发射激光，并接收所述成像模块反射回来的激光，以测量并锁定所述成像模块中物镜镜头与所述样品玻片之间的距离；所述成像模块还用于将所述焦平面锁定模块发射的激光照射在所述样本玻片上；

所述控制与数据采集模块用于控制调节所述激发光源产生模块、所述成像模块以及所述焦平面锁定模块中的光学元件，并采集所述成像模块获得的荧光数据以进行数据分析。