[发明专利]基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及方法。本发明利用微镜阵列，采用同一个物镜将光片激发与荧光收集合二为一，在样品处实现样品自由，无需对样品进行复杂的处理，利用常规的样品载玻片与盖玻片即可实现，并且避免了光路调节；利用微镜阵列，将样品不同深度的光片激发荧光信息由微镜阵列系统的不同位置反射，成像于信号收集系统的不同位置，实现单物镜光片荧光显微成像，能够实现对大数值孔径物镜的使用，从而改善传统光片荧光显微成像中分辨率无法进一步提升的限制；并且，光路设计简单易行，便于实现后续产业化发展。

技术领域

本发明涉及光片荧光显微成像技术，具体涉及一种基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及其成像方法。

背景技术

随着荧光蛋白与染色技术的不断发展，荧光显微技术可以实现对细胞内的各类分子和细胞器的特异性标记，从而可以还原细胞内精细结构，并对单个分子或细胞器进行追踪与检测，进而实现对生命本质的探索与调控。在荧光显微镜中，利用激发光对整个样品的待观测区域进行照明，在获得目标三维分布的同时，必然对荧光集团进行多次曝光，因此从荧光技术发展以来，一直存在着两个问题，即激发光对荧光集团的光漂白和对细胞的光损伤。那么，在此基础上发展出来的光片荧光成像技术，可以很好地改善传统荧光显微镜中存在的问题。

相对于传统荧光显微镜，光片荧光显微技术选用侧向照明的激发方式，对样品直接进行面激发，选择性地激发待观测的样品区域，显著地减少了无效曝光，从而有效地降低了光漂白和光损伤。与此同时，相对于传统荧光显微镜点扫描的成像方式，光片荧光显微技术面扫描的成像方式也会大大提高系统的成像速度。从光片的形成方式上，可以将光片荧光成像技术分为两种：几何光片与数字光片。几何光片是指利用柱透镜，将照明光整形为片状光场直接照射待观测区域；数字光片则是利用聚焦光束的快速扫描形成虚拟的光片对样品进行激发，相比于几何光片，数字光片的照明效率比几何光片高许多，而且能在视野范围内形成均匀光片。

光片荧光显微技术在不断的发展与改进，然而由于激发光片的限制，大多采用两个物镜分别进行样品的激发与荧光信息的收集。而激发物镜与收集物镜垂直摆放的光路设计，由于考虑到物镜的机械构成与工作距离，会限制成像系统对大数值孔径物镜的使用，并从根源上限制系统分辨率的提高。为了解决这一问题，一些单物镜的光片荧光显微成像方法被提出，但这些方法其需要对样品腔进行特别的处理，或是需要对光路进行一个复杂且精密的调控才能实现。

发明内容

基于上述提到的光片荧光显微成像的发展现状与局限，本发明提出了一种基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及其成像方法，采用数字扫描贝塞尔光束的方式产生均匀的照明光片，并利用一个物镜同时实现荧光的激发和收集，同时利用微镜阵列将沿着光轴分布的光片激发荧光信息进行提取，避免了对样品的复杂处理与光路调节，并且实现了样品自由。

本发明的一个目的在于提出一种基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置。