[发明专利]一种远场光学超薄片层成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种远场光学超薄片层成像系统及方法，涉及光学及生物医学设备技术领域，成像系统包括：激光器、光束调制模块、物镜、微流控芯片控制盒、微流控芯片、窄带滤波片、成像透镜和成像装置；光束调制模块对激光器出射的单一激光光束进行调制后入射至物镜的后孔径平面，然后汇聚到微流控芯片的通道内部产生超薄光片；微流控芯片通过微流控芯片控制盒控制染有荧光的细胞样本的流动；细胞发出的荧光通过窄带滤波片和成像透镜将荧光收集到成像装置上。本发明中物镜聚焦区域内的每一个贝塞尔光斑都可以被独立控制，当聚焦光斑相互靠近时干涉影响较小，可对荧光样本进行连续、高分辨率、高通量的片层成像。

技术领域

本发明涉及光学及生物医学设备技术领域，更具体的说是涉及一种远场光学超薄片层成像系统及方法。

背景技术

生物样本的3D结构直接决定其生物力学性能以及在生命现象中发挥的功能，对生物样本的3D结构进行快速、高分辨率的测量是目前生物医学和光学技术领域研究的前沿和热点。目前，能够对生物样本的3D结构进行高分辨率测量光学技术主要包括：共聚焦显微镜(Confocal Microscope)、受激辐射损耗显微镜(Stimulated EmissionDepletionMicroscope)、饱和结构光显微镜、(Saturated StructuredIlluminationMicroscopy)、随机定位成像显微镜、光片成像技术等。

当使用扫描显微镜进行生物成像时，如采用共聚焦显微镜和受激辐射超分辨显微镜在对细胞进行生物成像时，通常是逐行和逐列扫描生物细胞，由于激光器通过显微物镜汇聚的荧光光斑通常只有一个荧光光斑，因此逐行和逐列扫描生物细胞的扫描时间较长，成像速度较慢，对于活体细胞成像和耐漂白性较差的生物细胞来说，这是非常不利的。另外，由于焦深(depth offocus)的影响，无论共聚焦显微镜、受激辐射损耗显微镜、饱和结构光显微镜还是随机定位成像显微镜，这些技术在沿光轴和成像方向的空间分辨率都较低，导致对生物样本结构在光轴方向的识别能力较低。

为了解决因焦深导致的空间分辨率低的问题并提高3D成像速度，光片成像技术应运而生。通过移动样本等方式，结合相机对每层光片照射区域的荧光分布进行拍摄，可以得到在成像焦深方向上具有较高分辨率的生物图像，进而可以通过3D重构获得高分辨率的生物结构。然而，该技术通常从成像镜头的侧向生成光片，为兼容生成薄光片并保持长工作距离，往往要使用特殊设计的镜头，且其光片的厚度一般为微米级，焦深方向的分辨率依然较低。此外，对生物样本的移动需要使用机械或压电平移台，移动速度较慢，进而造成逐层成像速度较低，3D成像需要较长时间，不适用于生物医药检测中。因此，如何对细胞等生物样本和药物分子的3D荧光分布进行连续、高分辨率、高通量的片层成像和3D重构分析是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种远场光学超薄片层成像系统及方法，可以对细胞等生物样本和药物分子的3D荧光分布进行连续、高分辨率、高通量的片层成像和3D重构分析。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种远场光学超薄片层成像系统，包括：激光器、光束调制模块、物镜、微流控芯片控制盒、微流控芯片、窄带滤波片、成像透镜和成像装置；

所述激光器出射单一激光光束并入射至所述光束调制模块；所述光束调制模块对入射的所述单一激光光束进行调制，并入射至所述物镜的后孔径平面；所述物镜对入射至后孔径平面的光束进行聚焦，汇聚到所述微流控芯片的通道内部产生超薄光片；所述微流控芯片通过所述微流控芯片控制盒控制荧光染料的流动；所述微流控芯片控制盒控制染有荧光的细胞样本的流动，细胞发出的荧光通过所述窄带滤波片和所述成像透镜将荧光收集到所述成像装置上。

优选的，所述光束调制模块包括：空间光滤波器、第一小孔光阑、单透镜、起偏器、分束镜、第二小孔光阑、纯相位型反射式液晶空间光调制器、四分之一波片、第一反射镜、第二反射镜；