[发明专利]基于DMD的双模式光学超分辨显微成像装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于DMD的双模式光学超分辨显微成像装置及方法，该装置包括多台不同波长的激光器、激光调制模块、显微镜光学成像系统，其中激光调制模块包括DMD图案发生模块和掩板，DMD图案发生模块搭配掩板选通不同衍射光斑，可达到共用同一光路实现SIM和SMLM两种超分辨显微技术成像的目的。DMD具有高于机械快门的响应速度和稳定性，同时可用于波长分离，相较于声光可调谐滤波器成本更低，使用更简易，可以使光路系统更紧凑，大幅降低系统的成本。不同成像模式的实现依赖于DMD的复用。本发明首次提出利用DMD，在同一光路中实现SIM和SMLM两种技术，有利于将SIM和SMLM两种超分辨成像技术进行优势互补，可用于许多细胞生物学问题研究。

主权项

1.基于DMD的双模式光学超分辨显微成像装置，其特征在于，包括第一激光器、第二激光器、激光调制模块、显微镜光学成像系统和载物台，第一激光器、第二激光器为稳态连续半导体激光器，分别产生第一波长和第二波长的连续激光；所述激光调制模块包括反射镜组件、DMD图案发生模块、透镜组和掩板，DMD图案发生模块包括DMD芯片和DMD图案控制器，第一激光器、第二激光器所发射激光分别经反射镜组件反射后经调节以不同角度入射到DMD芯片的相同位置，保证出射光的衍射主极大重合，DMD图案控制器控制DMD芯片上微镜阵列使其先后显示为一定周期、不同相位、不同角度的黑白条纹图案，该图案作用等效为反射光栅，将激光转换为对称分布的衍射光斑；透镜组包括一对透镜，透镜组之间共焦位置放置掩板，DMD芯片、透镜组、掩板为4f系统，掩板与衍射光斑匹配以完成激光选通；掩板选通的激光束进入显微镜光学成像系统，显微镜光学成像系统对载物台上的样品进行成像；所述DMD图案控制器内预先下载有设计好的黑白条纹图案，在进行显微成像时，按照一定周期、一定相位传送到DMD芯片上，黑条纹位置处微镜偏转负12度将激光反射出光路，白条纹位置处微镜偏转正12度将激光反射进入后面的光路；当显微成像装置用于结构光照明显微模式成像时，DMD图案控制器控制DMD芯片依次显示水平方向n个等间隔相位、垂直方向n个等间隔相位的黑白条纹图案，激光照射到DMD芯片上被转换为对称分布的多级衍射光斑；所述掩板为有4个对称小孔的金属片，用于将多级衍射光斑中需要的+1、‑1级光斑滤出；两光斑对称经过后面光路进入显微镜光学成像系统后，在样品面形成光强呈正弦分布的结构光照明图像；当显微成像装置用于单分子定位显微模式成像时，DMD图案控制器控制DMD芯片重复交替显示水平方向两个不同周期的黑白条纹图案，使两个不同波长的激光+1、‑1级衍射角相同，并交替出现在相同位置，掩板为一单孔掩板，可左右移动以进入或离开光路，当其位于光路中时，仅让水平方向的一个衍射光斑通过；不同波长的两种激光交替通过掩板后，经过后面共同光路进入显微镜光学成像系统，经物镜在样品面形成交替的宽场照明。