[发明专利]一种同时获取三维纳米定位和荧光寿命的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学、生物学及化学技术领域，尤其涉及一种同时获取三维纳米定位和荧光寿命的方法及系统。

背景技术

荧光显微技术已经成为生物医学领域的强大工具。荧光具有多参量特性，荧光光谱的测量可以鉴别不同种类的荧光团。而荧光寿命测量可以对荧光分子所处微环境进行定量分析，而且对于鉴别光谱重叠的多组分荧光团非常有效。

荧光寿命成像则是通过对样品荧光寿命测量以获取样品的功能信息，荧光寿命测量和成像相结合提供了一种定量获取样品功能信息的手段，具有直观、准确和信息全面等优点，已经在生物物理、生物化学以及临床医学诊断等领域获得了广泛的应用。

在生物成像中，荧光寿命显微是以高的空间分辨率测量样品荧光寿命的空间分布，如细胞中各组分之间以及各组分与周围微环境的相互作用关系。荧光寿命对荧光团所处微环境非常敏感，能够对离子浓度(例如Ca²⁺，Na⁺等)、pH值和pO2(血液的氧分压)等生理生化参数进行定量的测量，因此是作为一种非侵入性获取样品功能信息的方法。

然而，早期的扫描相机主要是二维空间的荧光寿命成像，而对于活细胞实时动态成像而言多是结合全内反射原理来实现的。由于全内反射是利用激发光产生的倏逝波来激发荧光分子，这样全内反射的成像深度太低，只能用于观察细胞膜上活动或者薄层部分的探测，而深层区域的荧光分子由于传输距离的限制不被激发，使得成像受到很大的限制，对于活细胞成像的应用造成很大影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时获取三维纳米定位和荧光寿命的方法及系统，旨在解决当需要同时获得荧光分子三维纳米精度空间定位和寿命信息时，系统需要通过分光来获取这两种信息，从而导致的系统光路复杂的问题。

针对上述技术问题，本发明提供了一种同时获取三维纳米定位和荧光寿命的方法，其特征在于：包括如下步骤

通过激光器产生超短脉冲激光；

将所述超短脉冲激光分为独立传播的第一光束和第二光束；

将所述第一光束进行扩束准直；

将经过扩束准直后的所述第一光束聚焦到样品上产生荧光；

使所述荧光通过一成像透镜传输至一成像单元，所述成像单元的点扩展函数具有三维纳米分辨定位能力，将所述荧光转化为携带三维空间位置信息的荧光信号；

将携带三维空间位置信息的所述荧光信号传输至一时间分辨装置，所述时间分辨装置将所述荧光信号转化为同时携带三维空间位置及荧光寿命信息的三维荧光寿命信号；

将所述第二光束的光信号转化成同步的电信号；

所述时间分辨装置通过所述同步的电信号触发采集所述三维荧光寿命信号，通过分析得到所述样品的三维纳米分辨空间定位及荧光寿命信息。

进一步地，通过分光单元将所述超短脉冲激光分为独立传播的第一光束和第二光束。

进一步地，通过扩束单元将所述第一光束进行扩束准直。

进一步地，经过扩束准直后的所述第一光束通过物镜单元聚焦到所述样品产生所述荧光并收集产生的所述荧光。

进一步地，经过扩束准直后的所述第一光束透过双色镜单元后经过所述物镜单元，所述物镜单元收集到的所述荧光通过所述双色镜单元过滤。

进一步地，所述成像单元包括组成一个4F系统的第一透镜和第二透镜及设置在所述4F系统的傅里叶面位置的相位模板。

进一步地，通过光电转换器件将所述第二光束的光信号转化成同步的电信号。

进一步地，所述时间分辨装置是扫描相机。

进一步地，在将所述超短脉冲激光分为独立传播的第一光束和第二光束之后，需要对所述第一光束的波长进行过滤，然后再将所述第一光束进行扩束准直。

本发明还提供了一种同时获取三维纳米定位和荧光寿命的系统，其特征在于：包括

激光器，用于提供超短脉冲激光；

分光单元，用于将所述激光器提供的所述超短脉冲激光分为独立传播的第一光束和第二光束；

扩束单元，设于所述第一光束的光路上，用于将所述第一光束进行扩束准直；

物镜单元，设于所述第一光束的光路上，将经过扩束准直后的所述第一光束聚焦到样品上产生荧光并收集产生的所述荧光；

双色镜单元，设置在所述扩束单元和所述物镜单元之间，能够让所述第一光束通过、反射产生的所述荧光及过滤所述荧光；