[发明专利]嵌入式三维光电关联成像装置及方法

说明书

一种嵌入式三维光电关联成像装置及方法，装置包括：电镜真空腔室、物镜模块、真空光学窗、扫描模块、光源模块、光电探测模块以及电镜成像模块；其中，物镜模块与电镜成像模块均设置在电镜真空腔室的内部，真空光学窗开设在电镜真空腔室的侧壁，并与物镜模块实现光路连通；扫描模块用于对光源模块发射的光束进行二维扫描，并将二维扫描光束通过真空光学窗传输至物镜模块，以使物镜模块对样品不同层面进行扫描；扫描模块还用于将物镜模块对样品不同层面扫描后得到的荧光和明场光线传输至光电探测模块进行光电探测；电镜成像模块用于对样品进行电镜成像。

技术领域

本公开涉及光电成像领域，尤其涉及一种嵌入式三维光电关联成像装置及方法。

背景技术

荧光显微成像通过染料或荧光分子标记细胞中特定的蛋白或者亚细胞结构，实现对生物大分子和分子复合物的定位及观测，大多数荧光成像的分辨率受到光学衍射极限的限制，无法对生物大分子进行结构解析。而冷冻电子断层扫描(cryo-ET)是解析生物大分子结构的核心技术，其通过在透射电镜中将样品倾斜不同角度，并采集一系列的二维图像，重建出样品的三维图像，并解析出生物大分子结构。然而，由于电子束穿透深度有限，样品厚度不能超过300nm，绝大多数生物样品都需要进行减薄处理。目前，聚焦离子束(FIB)减薄是最有前景的冷冻样品减薄方式，FIB通常集成在扫描电镜(SEM)腔室内，通过将离子发射枪和样品设置成一定角度，并对样品中感兴趣的区域上下表面进行切割减薄，可以得到透射电镜所需要平整薄片样品，再将制备好的薄片样品通过冷冻传输系统送入冷冻透射电镜进行断层扫描成像。为了提高样品制备的效率和成功率，将荧光显微成像和电子显微成像进行关联，可以结合荧光显微镜对目标分子的定位优势和电镜的分辨率优势，为FIB精确减薄提供导航。

申请人在实现本公开构思的过程中，发现现有的荧光显微成像和电子显微成像的关联至少存在以下缺陷：利用宽场荧光显微镜成像的轴向分辨率很低，仅能获得样品的二维信息，存在三维信息缺失的问题。成像过程中将样品从光镜移入电镜，增加了样品污染的风险，且很难实现减薄后立即查看样品荧光的需求。

公开内容

针对于现有技术问题，本公开提出一种嵌入式三维光电关联成像装置及方法，用于至少部分解决上述技术问题。

本公开一方面提供一种嵌入式三维光电关联成像装置，包括：电镜真空腔室1、物镜模块2、真空光学窗3、扫描模块4、光源模块5、光电探测模块6以及电镜成像模块7；其中，物镜模块2与电镜成像模块7均设置在电镜真空腔室1的内部，真空光学窗3开设在电镜真空腔室1的侧壁，并与物镜模块2实现光路连通；扫描模块4用于对光源模块5发射的光束进行二维扫描，并将二维扫描光束通过真空光学窗3传输至物镜模块2，以使物镜模块2对样品不同层面进行扫描；扫描模块4还用于将物镜模块2对样品不同层面扫描后得到的荧光和明场光线传输至光电探测模块6进行光电探测；电镜成像模块7用于对样品进行电镜成像。

可选地，物镜模块2包括：显微物镜2-1、真空压电位移台2-2及真空法兰2-5；其中，显微物镜2-1安装在真空压电位移台2-2上，真空压电位移台2-2安装在真空法兰2-5上；真空法兰2-5上设有光路通道，真空光学窗3连接光路通道的一端，真空压电位移台2-2用于带动显微物镜2-1通过二维扫描光束对样品不同层面进行轴向扫描。

可选地，物镜模块2还包括：第一反射镜2-3和第二反射镜2-4，用于对通过光路通道的二维扫描光束进行转折。