【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光學顯微成像，具體涉及一種同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)及顯微鏡。
技術(shù)介紹
1、雙光子顯微成像技術(shù)具有光學切片能力、生化信息靈敏度高、空間分辨率高、對生物組織殺傷性低等優(yōu)點，是對活體組織和細胞進行非侵入性、高分辨率成像的重要手段，也是生物工程領(lǐng)域重要的研究工具。現(xiàn)有的雙光子顯微成像系統(tǒng)主要采集生物組織的雙光子激發(fā)熒光和二次諧波，其中雙光子激發(fā)熒光的主要來源是含有外源或內(nèi)源熒光的生物分子，二次諧波的主要來源是含有膠原蛋白的成分。三光子顯微成像技術(shù)由于使用的激發(fā)光波長更長，在生物組織中穿透更深，是腦科學的重要研究工具。三光子顯微成像系統(tǒng)采集的三光子激發(fā)熒光信號來源于含有外源或內(nèi)源熒光的生物分子，可以對水性介質(zhì)和脂質(zhì)、礦化結(jié)構(gòu)之間的界面進行特異性成像。同時對雙光子信號和三光子信號進行顯微成像，可以獲得更加全面的組織生化信息。
2、然而，雙光子顯微成像和三光子顯微成像需要由不同波長范圍的飛秒脈沖激發(fā)，對激光的產(chǎn)生和傳輸提出新要求。一類現(xiàn)有技術(shù)基于顯微鏡平臺，并采用兩個激光源分別激發(fā)雙光子和三光子信號，極大提高激光器成本。另一類現(xiàn)有技術(shù)雖然只使用單一激光源進行雙光子和三光子成像，但要適用于三光子成像，所以激光波長較長，則需要對生物組織染色才能激發(fā)出雙光子激發(fā)熒光信號，無法直接對無標記的生物組織成像。
3、因此，這里需提出一種能夠同時激發(fā)/采集無標記（不染色）生物組織內(nèi)源性雙光子和三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，以便在實際的臨床應(yīng)用中快速進行活體組織的無創(chuàng)檢查。
1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本專利技術(shù)的目的在于提供一種同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于單一波長激光器獲得雙波長激發(fā)源，能同時激發(fā)/采集無標記生物組織的雙光子激發(fā)熒光、二次諧波信號和三次諧波信號。
2、為了達到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
3、本專利技術(shù)的第一目的是公開一種同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，包括：激光器、顯微成像裝置及信號采集/分離裝置；顯微成像裝置與激光器之間通過光纖連接，顯微成像裝置與信號采集/分離裝置之間通過光纖連接；
4、顯微成像裝置內(nèi)依次設(shè)有相位延遲片、倍頻模塊、反射器、分光器和微型物鏡；相位延遲片用于調(diào)節(jié)激光器發(fā)出的激光的相位，以獲得具有預(yù)定偏振方向的激光，倍頻模塊用于對具有預(yù)定偏振方向的激光進行頻率倍增，產(chǎn)生波長為激光器發(fā)出的激光的波長的一半的短波長激發(fā)脈沖；其中相位延遲片包括依次設(shè)置的四分之一波片和半波片；顯微成像裝置內(nèi)還設(shè)有調(diào)光裝置。
5、信號采集/分離裝置，用于接收所述顯微成像裝置出射的光信號并進行多維光子計數(shù)測量，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出，以得到同時具有雙光子熒光信號、二次諧波信號和三次諧波信號的多襯度生物圖像。
6、優(yōu)選地，倍頻模塊包括第一匯聚透鏡、非線性介質(zhì)和第二準直透鏡；非線性介質(zhì)設(shè)置于第一匯聚透鏡和第二準直透鏡之間；第一匯聚透鏡的后焦平面與所述第二準直透鏡的前焦面重合，非線性介質(zhì)位于第一匯聚透鏡的后焦平面上。
7、優(yōu)選地，非線性介質(zhì)的材質(zhì)為鈮酸鋰晶體或磷酸鈦氧鉀晶體。
8、優(yōu)選地，反射器為掃描振鏡，分光器為二向色濾波片。
9、優(yōu)選地，激光器與顯微成像裝置由自帶光纖準直器的單模光纖連接，所述單模光纖自帶的光纖準直器包含單模光纖的尾纖和第一準直透鏡，相位延遲片位于第一準直透鏡的出射光路上；分光器位于反射器的反射光路上；微型物鏡位于分光器的透射光路或反射器的反射光路上。
10、優(yōu)選地，調(diào)光裝置為設(shè)置于反射器和分光器之間的第二匯聚透鏡、位于微型物鏡和分光器之間的第二準直透鏡以及位于分光器反射光路上的第三匯聚透鏡；第二匯聚透鏡的后焦點、第二準直透鏡在反射器反射光路上的前焦點與第三匯聚透鏡在分光器反射光路上的前焦點三個焦點重合；第二匯聚透鏡的后焦點位于分光器；第三匯聚透鏡通過多模光纖與所述信號采集/分離裝置連接。
11、優(yōu)選地，信號采集/分離裝置具有并行的信號探測模塊，包括二次諧波信號探測模塊、雙光子熒光信號探測模塊、三次諧波信號探測模塊和雙光子熒光信號補充探測模塊；
12、并行的每一信號探測模塊具有分光裝置和光電信號轉(zhuǎn)換裝置；分光裝置將二次諧波信號、雙光子熒光信號、三次諧波信號和雙光子補充熒光信號分別送入相應(yīng)探測模塊；光電信號轉(zhuǎn)換裝置分別對相應(yīng)探測模塊的分光信號進行轉(zhuǎn)化，得到電信號；
13、信號采集/分離裝置還包括數(shù)據(jù)采集卡，通過算法程序?qū)﹄娦盘栠M行分析，以得到同時具有雙光子熒光信號、二次諧波信號和三次諧波信號的多襯度生物圖像。
14、優(yōu)選地，信號采集/分離裝置具有第三準直透鏡，第三準直透鏡通過多模光纖與顯微成像模塊連接，在第三準直透鏡的透射光路上依次設(shè)置第二二向色濾波片、第三二向色濾波片、第四二向色濾波片和第五帶通濾波片；
15、第二二向色濾波片的反射光路上設(shè)有第二帶通濾波片、第一光電倍增管和第一光子計數(shù)器；第三二向色濾波片的反射光路上設(shè)有第三帶通濾波片、第二光電倍增管和第二光子計數(shù)器；第四二向色濾波片的反射光路上設(shè)有第四帶通濾波片、第三光電倍增管和第三光子計數(shù)器；第四二向色濾波片的透射光路上設(shè)有第五帶通濾波片、第四光電倍增管和第四光子計數(shù)器。
16、優(yōu)選地，第二二向色濾波片與第三準直透鏡之間的光路上還設(shè)有第一帶通濾波器。
17、優(yōu)選地，激光器為摻餌光纖激光器。
18、本專利技術(shù)的第二目的是提供一種顯微鏡，該顯微鏡的顯微成像裝置的位置相對于顯微鏡的其他裝置的位置為不特定，能直接應(yīng)用于無標記待檢物表面的直接測量，不需要從待檢物上分離樣品也不需要對待檢物進行任何的染色。
19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
20、本專利技術(shù)公開的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，經(jīng)倍頻裝置二倍頻后產(chǎn)生的二倍頻光和剩余基頻光可以同時激發(fā)雙光子信號和三光子信號，其中由倍頻晶體倍頻后的波長為775?nm的二倍頻光激發(fā)雙光子信號（生物組織本征的雙光子激發(fā)熒光、二次諧波），波長為1550?nm的基頻光激發(fā)三光子信號（三次諧波），從而實現(xiàn)單一激光器系統(tǒng)同時激發(fā)無標記生物組織雙光子信號（雙光子激發(fā)熒光和二次諧波信號）和三光子信號（三次諧波信號），使整個顯微鏡系統(tǒng)緊湊、成本低。
21、本專利技術(shù)公開的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)同一個信號采集/分離光路可以同時采集無標記生物組織的雙光子信號（雙光子激發(fā)熒光、二次諧波）和三光子信號（三次諧波），最大限度減少成像時間、減少激光對生物組織的損傷。此系統(tǒng)中，不同信號的采集模塊由數(shù)據(jù)采集卡和電腦進行同步控制，可實現(xiàn)同時激發(fā)/采集無標記生物組織的雙光子信號和三光子信號，可實現(xiàn)光刺激、點掃描成像和線掃描成像的融合及同步，能夠在介觀尺度、以亞細胞分辨率對細胞進行光遺傳調(diào)控，同時可對生物組織的結(jié)構(gòu)和功能信息進行量化觀測。
22、進一步地，基于本本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器、顯微成像裝置及信號采集/分離裝置；顯微成像裝置與激光器之間通過光纖連接，顯微成像裝置與信號采集/分離裝置之間通過光纖連接；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述倍頻模塊包括第一匯聚透鏡（6）、非線性介質(zhì)（7）和第二準直透鏡（8）；所述第一匯聚透鏡（6）的后焦平面與所述第二準直透鏡（8）的前焦面重合，所述非線性介質(zhì)（7）位于第一匯聚透鏡的后焦平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述非線性介質(zhì)（7）的材質(zhì)為鈮酸鋰晶體或磷酸鈦氧鉀晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器與所述顯微成像裝置由自帶光纖準直器的單模光纖（2）連接，所述單模光纖自帶的光纖準直器包含單模光纖的尾纖和第一準直透鏡（3），所述相位延遲片位于第一準直透鏡（3）的出射光路上；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集/分離裝置具有并行的多維信號探測模塊，包括二次諧波信號探測模塊、雙光子熒光信號探測模塊、三次諧波信號探測模塊和雙光子熒光信號補充探測模塊；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集/分離裝置具有第三準直透鏡（16），第三準直透鏡（16）通過多模光纖（15）與顯微成像模塊連接，在第三準直透鏡（16）的透射光路上依次設(shè)置第二二向色濾波片（18）、第三二向色濾波片（22）、第四二向色濾波片（26）和第五帶通濾波片（30）；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第二二向色濾波片（18）與第三準直透鏡（16）之間的光路上還設(shè)有第一帶通濾波器（17）。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器（1）為摻餌光纖激光器。
10.基于權(quán)利要求1-9任意一項所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)的顯微鏡，其特征在于，所述顯微成像裝置的位置相對顯微鏡其他裝置的位置為不特定。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器、顯微成像裝置及信號采集/分離裝置；顯微成像裝置與激光器之間通過光纖連接，顯微成像裝置與信號采集/分離裝置之間通過光纖連接；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述倍頻模塊包括第一匯聚透鏡（6）、非線性介質(zhì)（7）和第二準直透鏡（8）；所述第一匯聚透鏡（6）的后焦平面與所述第二準直透鏡（8）的前焦面重合，所述非線性介質(zhì)（7）位于第一匯聚透鏡的后焦平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述非線性介質(zhì)（7）的材質(zhì)為鈮酸鋰晶體或磷酸鈦氧鉀晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器與所述顯微成像裝置由自帶光纖準直器的單模光纖（2）連接，所述單模光纖自帶的光纖準直器包含單模光纖的尾纖和第一準直透鏡（3），所述相位延遲片位于第一準直透鏡（3）的出射光路上；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同時激發(fā)/采集雙光子、三光子信號的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)光裝置包括設(shè)置于反射器和分光器之間的第二匯聚透鏡（10）、位于分光器和微型物鏡（13）之間的第二準直透鏡（12）以及位于分光器反射光路上的第三匯聚透鏡（14）；所述第二匯聚透鏡（10）的后焦點、第二準直透鏡（12）在反射器反射光路上的前焦點、第三匯...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃琳，張旭春，梁建剛，張小寬，楊亞飛，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍空軍工程大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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