[发明专利]一种高时空分辨光学检测与显微成像方法与装置

权利要求书

1.一种高时空分辨光学检测与显微成像装置，其特征在于，包括：

一激光器系统，用来产生和发射一束或两束的激光光束；

一光束传输和控制相关光电元器件，其包含第一光路光电元器件、第二光路光电元器件以及两光路耦合传输光电元器件组成，所述第一光路光电元器件用来传输和控制第一光路的激光光束，所述第二光路光电元器件用来传输和控制第二光路的激光光束，所述两光路耦合传输光电元器件用来耦合和传输两路的激光光束；

一光学显微镜，利用一路或耦合后的两路激光光束照射样品、检测与成像；以及

一微弱信号光电探测器件，用来对图像中预定区域实现单通道或双通道的时间相关光谱计数与检测。

2.根据权利要求1所述的高时空分辨光学检测与显微成像装置，其特征在于：所述第一光路光电元器件包括沿第一光路传输方向依次设置的光开关、第一1/2玻片、偏振分光片、脉冲展宽部件、第一反射镜、时间延迟单元、第二反射镜、第二1/2玻片、偏振片、第三反射镜、会聚透镜、单模保偏光纤、低倍率物镜、第五反射镜以及涡旋相位板。

3.根据权利要求2所述的高时空分辨光学检测与显微成像装置，其特征在于：所述第二光路光电元器件包括沿第二光路传输方向依次设置的光学参量振荡器、第四反射镜以及陷波滤光片。

4.根据权利要求3所述的高时空分辨光学检测与显微成像装置，其特征在于：所述两光路耦合传输光电元器件包括沿两光路耦合传输方向依次设置的第一二色镜、第六反射镜、第三1/2玻片、1/4玻片以及第二二色镜，所述第一光路的激光光束经第一二色镜透射至第六反射镜，所述第二光路的激光光束经第一二色镜反射至第六反射镜。

5.根据权利要求4所述的高时空分辨光学检测与显微成像装置，其特征在于：所述光学显微镜由样品台、成像物镜、激光扫描单元、第三二色镜、第三带通滤光片以及光电倍增管组成，所述第二二色镜反射出的激光光束进入激光扫描单元，并经第三二色镜反射后，通过成像物镜照射在样品台上面的样品上；所述样品出射的后向双光子荧光信号返回通过成像物镜，并经第三二色镜透射后，通过第三带通滤光片被光电倍增管所检测成像。

6.根据权利要求5所述的高时空分辨光学检测与显微成像装置，其特征在于：所述微弱信号光电探测器件包括路由器、第一带通滤光片、第二带通滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、时间相关光子计数器以及数据采集与分析设备，所述第一带通滤光片和第一光电探测器组成了第一通道，所述第二带通滤光片和第二光电探测器组成了第二通道。

7.一种高时空分辨光学检测与显微成像方法，其特征在于：包括以下两种工作模式：

（1）单光束的双光子成像工作模式：当光开关处于关闭状态时，激光器系统仅出射一束超短脉冲激光，激光光束经过光学参量振荡器实现波长的调节与控制后，接着依次经过第四反射镜、陷波滤光片、第一二色镜、第六反射镜、第三1/2玻片、1/4玻片和第二二色镜，然后反射进入光学显微镜的激光扫描单元，并经第三二色镜反射通过成像物镜，最后照射在样品台上面的样品上；样品上出射的后向双光子荧光信号返回经过成像物镜，并经第三二色镜透射通过第三带通滤光片，最后被光电倍增管所检测，从而获得样品中相关物质的高分辨双光子荧光图像；选择荧光图像中的预定区域，对此区域中的预定分子进行标记，并让激光扫描单元的工作方式为点扫描，此时区域中被标记的预定分子的快速动力学过程包括相互作用过程的相关信号依次经过成像物镜、第三二色镜、激光扫描单元、第二二色镜、路由器、第一带通滤光片和/或第二带通滤光片、第一光电探测器和/或第二光电探测器以及时间相关光子计数器，最后到达数据采集与分析设备，从而实现高空间分辨预定区域相关生物信息的快速获取与检测；

（2）双光束的超越衍射极限工作模式：当光开关处于打开状态时，激光系统出射两束超短脉冲激光，其中第一激光光束依次经过第一1/2玻片、偏振分光片、脉冲展宽部件、第一反射镜、时间延迟单元、第二反射镜、第二1/2玻片、偏振片、第三反射镜、会聚透镜、单模保偏光纤、低倍率物镜、第五反射镜和涡旋相位板后，获得预定光强分布的圆偏振光；而第二激光光束经过光学参量振荡器实现波长的调节与控制后，接着依次经过第四反射镜和陷波滤光片；两激光光束在第一二色镜上进行时间和空间上的同步耦合，并依次经过第六反射镜、第三1/2玻片、1/4玻片和第二二色镜，然后反射进入光学显微镜的激光扫描单元，并经第三二色镜反射通过成像物镜，最后照射在样品台上面的样品上；样品上出射的后向超越衍射极限的荧光信号返回经过成像物镜，并经第三二色镜透射通过第三带通滤光片，最后被光电倍增管所检测，从而获得样品中相关物质的高分辨双光子荧光图像；选择荧光图像中的预定区域，对此区域中的预定分子进行标记，并让激光扫描单元的工作方式为点扫描，此时区域中被标记的预定分子的快速动力学过程包括相互作用过程的相关信号依次经过成像物镜、第三二色镜、激光扫描单元、第二二色镜、路由器、第一带通滤光片和/或第二带通滤光片、第一光电探测器和/或第二光电探测器以及时间相关光子计数器，最后到达数据采集与分析设备，从而实现高空间分辨预定区域相关生物信息的快速获取与检测。