[发明专利]一种基于DMD可多色激发的结构光显微系统及多色激发方法

说明书

本发明公开了一种基于DMD可多色激发的结构光显微系统，包括依次设于光路上的多色耦合模块、多色偏角模块、DMD、荧光激发模块和荧光采集模块，多色耦合模块将至少两种波长的光源耦合于同一光路中，使各波长的光束共心共轴，并选择不同波长的光源分时输出，多色偏角模块对自多色耦合模块射入的光束进行预处理，使射入DMD的各光束经衍射后共心共轴，荧光激发模块在样品面产生结构光照明，荧光采集模块将样品被结构光照明激发出的荧光信号进行收集成像。不同波长的照明光在样品面不仅可以通过DMD进行结构编辑生成需要的结构光照明，而且各波长的结构光条纹可以良好重合，保留基于DMD的结构光照明显微系统的照明稳定性、照明空间均匀性和成像速度的优势。

技术领域

本发明涉及显微光学成像技术领域，尤其涉及一种基于DMD可多色激发的结构光显微系统及多色激发方法。

背景技术

荧光显微镜利用荧光分子作为探针对样品观察部位予以特殊标记，使之具有分子特异性识别，这种成像方式不仅提升了所观察样品的图像对比度，还可以实现灵活的样品特征标记，目前已经成为生物学与生命医学等科学研究理想的成像工具。同时随着各种新型荧光分子探针的出现以及可在同一样品上进行多种不同目标标记的荧光标记技术发展，多色荧光显微镜使得人们不仅可以同时观测同一细胞中多种蛋白质之间的相互作用，还可以研究多种不同细胞或组织之间的相互作用过程。

当需要对较厚的样品成像时，传统的荧光显微镜的其中一个难以克服的缺点就会显现出：其焦平面以外的荧光结构模糊、发虚。无论显微镜将激发光垂直聚焦到样品的哪一部分，被照射到的整个厚度的样品都会被激发出荧光，即不仅焦平面上的荧光会被收集，而且来自焦平面上方或下方的散射荧光也被物镜所收集。针对样品焦平面成像所获取的二维图像中超过90％的荧光都来自离焦光线，这些光线甚至于完全淹没了焦平面应有的细节，并极大地降低了图像对比度。

结构光显微镜是在传统荧光显微镜基础上变更均匀光照明为结构光照明、以产生一组不同相位的调制结构光照射在样品上，再通过相移算法从这组不同相位调制的图像数据中提取焦平面信息、重建出层析图像和三维图像所发展的一种宽场显微成像技术。其图像质量对比度高、系统结构简单、成像速度快、成本低，与共聚焦激光扫描显微镜与双光子荧光显微镜相比，其在性价比方面具有很大的优势。

结构光显微系统的照明光源根据其是否存在相干性分为相干光源照明(如激光照明)与非相干光源照明(如高压汞灯或者LED照明)。目前公布的基于数字微反射镜阵列(Digital Micro-mirror Device，简称DMD)的结构光显微系统，全是采用非相干光源照明，如专利CN104570315A采用的是LED照明，专利CN101655601B采用的是汞灯照明。然而在基于DMD的结构光显微系统中无论是采用相干光源照明还是非相干光源照明目前都没有提出或者公布基于DMD可多色激发的结构光显微系统。这主要是因为DMD本身是一个二维的闪耀光栅，会对不同波长的入射光进行不同方向的衍射，导致经DMD衍射后不同波长的光束不再共心共轴。对于非相干光源照明情况，DMD这一根本属性引起的不同波长照明光在样品面产生的结构光投影偏移尚可接受，但需要对层析图像以及三维图像的重建算法进行复杂的修改；但对于相干光源照明，DMD这一根本属性则会直接造成不同波长照明光在样品面因干涉产生的结构光条纹的失败。

因此，基于现有基于DMD的结构光显微系统存在的问题，不同波长照明光在样品面难以形成重合的结构光条纹，如果将其应用来实现多色激发尚存在一定的障碍。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于DMD可多色激发的结构光显微系统及多色激发方法，可以方便地提供单色或多色激发下的层析图像和三维图像，并保留基于DMD的结构光照明显微系统的照明稳定性、照明空间均匀性和成像速度的优势。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：