[发明专利]一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置和方法

说明书

本发明提供一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置，其特征在于，所述基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置包括激发模块、激活模块、成像模块，其中激发模块、激活模块含有单个微元可调的空间光调制器，激发模块整形出射的激发光线与激活模块整形出射的激活光线合并，得到合并光线，合并光线经放大后以纳米尺寸照射到样品上并通过成像模块进行成像；本发明提供的装置实现无机械运动、无激光扫描的新型激光光斑调制，能够分辨单个荧光分子或者亚细胞精细结构，大幅降低了荧光成像装置的复杂度，提高了定位和成像效率。

技术领域

本发明涉及荧光成像领域，特别是指一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像方法。

背景技术

生物技术和荧光成像技术是21世纪发展最迅速和热门的科学领域。虽然STED、MINFLUX等荧光成像方法先后克服了衍射极限的限制，达到了100nm甚至10nm的横向分辨能力，但是它们难以对生物分子、亚细胞精细结构等进行主动积极的精准定位。其中，STED荧光显微技术，利用受激辐射选择性消耗激发光斑中边沿区域的激发态荧光分子从而减少有效荧光的发光范围，压缩有效PSF(点扩散函数)尺度，提高系统分辨率。但是也存在相应的缺点例如：1、耗损光需要很强的亮度,激光器造价昂贵；2、对样品损伤较大；3、激发光斑与损耗光斑的同步定位比较复杂，操作相当繁琐；4、对系统的稳定性要求很高，需经常性的检查和系统维护；5、损耗光斑的质量、荧光样品的漂白、光路校准上的误差等因素都会限制其分辨率；6、难以对生物分子、亚细胞精细结构等进行主动积极的精准定位。而MINFLUX荧光显微技术，通过结合STED(通过在传统的激发光的外围，同时加上一个甜甜圈状的损耗光，来使得实际激发的区域得以大大减小来实现超分辨成像)和单分子定位显微术(使用随机点亮荧光分子，进而通过高斯拟合定位来实现超分辨)两项技术，实现了可以在很小的区域内随机点亮荧光分子，再通过甜甜圈状的激光作为激发然后进行定位。同样的MINFLUX也存在一些缺点例如：1、造价昂贵；2、光路复杂，操作起来相当繁琐；3、对系统的稳定性要求很高，需经常性的检查和系统维护。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置，实现无机械运动、无激光扫描的新型激光光斑调制，能够分辨单个荧光分子或者亚细胞精细结构，大幅降低荧光成像装置的复杂度，提高了定位和成像效率。

本发明采用如下技术方案：

一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置，所述基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置包括激发模块、激活模块、成像模块，其中激发模块、激活模块含有单个微元可调的空间光调制器，激发模块整形出射的激发光线与激活模块整形出射的激活光线合并，得到合并光线，合并光线经放大后以纳米尺寸照射到样品上并通过成像模块进行成像。

具体地，所述激发模块按照光路传播方向，依次包含：激光光源Ⅰ、扩束镜Ⅰ、均匀光透镜组Ⅰ、聚焦透镜Ⅰ、全内反射透镜Ⅰ、空间光调制器Ⅰ；扩束镜Ⅰ用于对激光光源Ⅰ发出的激发光线进行扩束；均匀光透镜组Ⅰ和聚焦透镜Ⅰ用于会聚激发光线；全内反射透镜Ⅰ将激发光线以特定角度入射到空间光调制器Ⅰ中；空间光调制器Ⅰ对入射的激发光线进行整形并出射。

具体地，所述激活模块按照光路的传播方向，依次包含：激光光源Ⅱ、扩束镜Ⅱ、均匀光透镜组Ⅱ、聚焦透镜Ⅱ、全内反射透镜Ⅱ、空间光调制器Ⅱ、二向色镜、准直透镜组、滤镜片转盘、物镜、载物台；扩束镜Ⅱ用于对激光光源Ⅱ发出的激活光线进行扩束；均匀光透镜组Ⅱ和聚焦透镜Ⅱ用于会聚激活光线，全内反射透镜Ⅱ激活光线以特定角度入射到空间光调制器Ⅱ中，激活光线经过空间光调制器Ⅱ整形后以特定角度入射到二向色镜上，与激发光线形成合并光线；滤光片转盘将合并光线反射到达物镜；合并光线经由准直透镜组和物镜的放大后以纳米尺寸照射到样品上。

具体地，所述成像模块按照光路的传播方向，依次包含：压电陶瓷电机、管镜、探测器；压电陶瓷电机实现轴向精密对焦；荧光在滤光片转盘发生透射，并经由管镜聚焦后进入到探测器中。