[实用新型]一种基于宽带受激辐射的纳米OCT成像系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及OCT技术、受激辐射探测技术以及受激辐射损耗（StimulatedEmissionDepletion，STED）显微术，具体涉及一种基于宽带受激辐射的纳米OCT成像系统。

技术背景

随着生物医学领域的飞速发展，纳米分辨技术越来越受到研究人员的重视。一方面，为了更好地理解人体生命的作用过程与疾病的形成机理，人们需要观察细胞内器官、病毒、寄生虫等在三维细胞空间的精确定位和分布。另一方面，后基因组时代蛋白质科学的研究也要求阐明蛋白质结构、定位与功能的关系以及蛋白质-蛋白质之间发生相互作用的时空顺序；生物大分子，主要是结构蛋白与RNA及其复合物，如何组成细胞的基本结构体系；重要的活性因子如何调节细胞的主要生命活动，如细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡与细胞信号传递等。反映这些体系性质的特征尺度都在纳米量级，由此对相应的观测手段提出了更高的要求。

目前，基于荧光的超分辨显微方法主要有以下几类：第一类光学超分辨技术利用荧光分子的光开光效应，采用极低光强的激活光使得同一时间只有极少数、稀疏的荧光分子被激活，具备发射荧光的能力。此时，这些荧光分子所发出的荧光将不会由于衍射效应而发生空间上的串扰，相应的荧光分子也将可以被一一区分并通过点扩散函数数字化的方法计算出中心位置。反复这一过程逐个获取数微米尺度范围内所有荧光分子的中心位置，最后叠加重构成一幅完整的图像，即可实现超分辨显微。第二类光学超分辨技术称为光学波动成像法（SOFI），由Dertinger等人于2009年提出。SOFI利用荧光分子连续发光时发光强度存在波动性这一现象，通过对一段时间内探测得到的荧光强度进行高阶时间相关运算，从而提高系统的分辨率。第三类光学超分辨方法称为结构光照明显微术（SIM）。这种方法通过对照明光源进行调制，将原本不可分辨的高空间频率信息编码入荧光图像中，结合计算解码获取高分辨率信息，可将横向分辨率提高至约100nm。在荧光饱和情况下，这种技术的空间分辨能力可以进一步地提高至50nm左右。第四类光学超分辨方法则是基于光学非线性效应来抑制荧光的发射，减小有效荧光点扩散函数的横向尺寸，从而提高系统的分辨率。由StefanHell于1994年提出的STED正是这一类显微术中的代表。在STED显微术中，有效荧光发光面积的减小是通过受激辐射效应来实现的。当激发光的照射使得其衍射斑范围内的荧光分子被激发，其中的电子跃迁到激发态后，损耗光使得部分处于激发光斑外围的电子以受激辐射的方式回到基态，其余位于激发光斑中心的被激发电子则不受损耗光的影响，继续以自发荧光的方式回到基态。由此，有效荧光的发光面积得以减小，系统的分辨率得以提高。

在生物医学的研究之中，涉及到的样品除了常见的荧光样品（本身发荧光或荧光染料标记）之外，还有一类特殊的非荧光色团，如血红蛋白和细胞色素。这类物质中的电子在吸收激发光光子后仍然会跃迁到激发态，但是之后绝大部分将以非辐射的方式回到基态，从而导致自发荧光极其微弱，无法被探测。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于宽带受激辐射的纳米OCT成像系统。本实用新型：1)利用受激辐射而非自发辐射使处于激发态的色团快速回到基态，并采用宽带探测光源实现受激辐射荧光信号的相干探测。2)轴向与横向分辨率的提高则分别通过宽带光源技术和受激辐射损耗技术来实现。采用超宽带光源作为探测光源，可实现亚微米至百纳米级的轴向分辨率。采用基于受激辐射损耗的点扩散函数调控技术，可以实现纳米级的横向分辨率。3)受激辐射过程十分迅速，这为生物体的实时成像提供了可能。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一种基于宽带受激辐射的纳米OCT成像系统，包括时序控制器、激发光源、损耗光源、光束调制模块、探测光源、平面反射镜、信号采集和处理模块和样品臂；样品臂包括二维扫描振镜和显微物镜；