基于上轉(zhuǎn)換納米晶的受激損耗超分辨光學(xué)顯微方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)顯微技術(shù)和光學(xué)納米材料領(lǐng)域，特別涉及基于上轉(zhuǎn)換納米晶的受 激損耗超分辨光學(xué)顯微方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)瑞麗/阿貝準(zhǔn)則，光學(xué)系統(tǒng)能分辨的兩個等亮度間的距離對應(yīng)艾里斑的半 徑，艾里斑的大小可以用半高全寬（full-widthathalf-maximum,FWHM)來表示為：
【主權(quán)項】
1. 基于上轉(zhuǎn)換納米晶的受激損耗超分辨光學(xué)顯微方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 第一連續(xù)激光器產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)激光束，經(jīng)空間相位調(diào)制后形成空心光束，該空心光束用 作受激發(fā)射損耗光； (2) 第二連續(xù)激光器產(chǎn)生近紅外穩(wěn)態(tài)激光束，該光束用作激發(fā)光；其中，第二連續(xù)激光 器的波長處于近紅外波段，第一連續(xù)激光器的波長短于第二連續(xù)激光器的波長，所述第一 連續(xù)激光器的中心波長匹配上轉(zhuǎn)換納米顆粒的發(fā)光光譜，所述第二連續(xù)激光器的波長匹配 UCNPs的激發(fā)光譜； (3)將損耗光與激發(fā)光在空間上準(zhǔn)直共軸耦合，并將耦合后的激光束聚焦在UCNPs本 身或者被UCNPs熒光標(biāo)記的樣品上，使樣品產(chǎn)生超分辨多光子熒光信號； ⑷利用光電探測器檢測上述超分辨多光子熒光信號，并進(jìn)行XYZ方向掃描，得到熒光 成像圖片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于上轉(zhuǎn)換納米晶的受激損耗超分辨光學(xué)顯微方法，其特征 在于，所述第二連續(xù)激光器的波長波段在700nm~1800nm之間。
3. -種實現(xiàn)權(quán)利要求1-2任一項所述基于上轉(zhuǎn)換納米晶的受激損耗超分辨光學(xué)顯微 方法的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，包括損耗光生成模塊、激發(fā)光生成模塊、高透低反二向 色鏡、低透高反二向色鏡、多光子顯微掃描模塊和光電探測模塊，所述損耗光生成模塊用于 生成用作損耗光的空心光束，所述激發(fā)光生成模塊用于生成用作激發(fā)光的近紅外穩(wěn)態(tài)激光 束，空心光束和近紅外穩(wěn)態(tài)激光束相互平行；所述高透低反二向色鏡與空心光束成45°角 放置，放置在垂直于該空心光束且穿過該高透低反二向色鏡的光軸上，空心光束通過高透 低反二向色鏡后偏轉(zhuǎn)90° ;所述低透高反二向色鏡與近紅外穩(wěn)態(tài)激光束成45°角放置，放 置在垂直于近紅外穩(wěn)態(tài)激光束且穿過該低透高反二向色鏡的光軸上，近紅外穩(wěn)態(tài)激光束通 過低透高反二向色鏡后偏轉(zhuǎn)90°，低透高反二向色鏡設(shè)置在高透低反二向色鏡下方，且與 光軸成45° ;偏轉(zhuǎn)后的空心光束與近紅外穩(wěn)態(tài)激光束在空間上準(zhǔn)直共軸耦合為一束耦合激 光束，該激光束通過多光子顯微掃描模塊聚焦在載物臺上上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料標(biāo)記的樣品上， 光電探測模塊用于檢測上述樣品被激發(fā)的超分辨多光子熒光信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述損耗光生成模塊包括第一 連續(xù)激光器，以及沿該激光器所發(fā)射的激光束前進(jìn)方向依次放置的第一準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡、偏振 片、四分之一波片、空間相位調(diào)制板，所述第一連續(xù)激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過第一準(zhǔn)直擴(kuò)束 鏡后成為一束平行光束，然后經(jīng)偏振片、四分之一波片、空間相位調(diào)制板調(diào)制成空心光束， 該空心光束的中心光強(qiáng)為0。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激發(fā)光生成模塊包括第二 連續(xù)激光器和第二準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡，所述第二連續(xù)激光器發(fā)出的激光束與第一連續(xù)激光器發(fā)出 的激光束平行，所述第二連續(xù)激光器的波長匹配UCNPs的激發(fā)波長。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述多光子顯微掃描模塊包括 沿耦合激光束前進(jìn)方向依次放置的掃描振鏡和物鏡，耦合后的激光束經(jīng)過掃描振鏡后被物 鏡聚焦，所述載物臺上的樣品放置在物鏡的焦面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述光電探測模塊包括依次同 軸放置的帶通濾光片、聚焦透鏡和光電探測器，所述帶通濾光片、聚焦透鏡設(shè)置在沿耦合激 光束前進(jìn)方向的反方向上，所述光電探測器與外部計算機(jī)連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描振鏡設(shè)置在一旋轉(zhuǎn)裝 置上，旋轉(zhuǎn)裝置由一計算機(jī)控制，該計算機(jī)還與光電探測器連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述載物臺一側(cè)設(shè)有用于驅(qū)動 載物臺沿Z軸方向移動的電機(jī)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述高透低反二向色鏡反射波 長小于損耗光的波長，透過波長大于損耗光的波長的光； 所述低透高反二向色鏡反射波長大于激發(fā)光的波長，透過波長小于激發(fā)光的波長的 光。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于上轉(zhuǎn)換納米晶的受激發(fā)射損耗超分辨光學(xué)顯微方法及系統(tǒng)。該發(fā)明結(jié)合上轉(zhuǎn)換納米晶與受激發(fā)射損耗超分辨熒光顯微成像技術(shù)，通過探測上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料標(biāo)記的樣品受激發(fā)射損耗產(chǎn)生的超分辨多光子熒光信號，實現(xiàn)低功率連續(xù)穩(wěn)態(tài)激光器激發(fā)多光子受激損耗過程，達(dá)到低成本、低復(fù)雜度、高分辨率、簡便、有效的三維超分辨成像效果。基于該方法，搭建由損耗光生成模塊、激發(fā)光生成模塊、若干二向色鏡、多光子顯微掃描模塊和光電探測模塊組成的受激發(fā)射損耗超分辨光學(xué)顯微成像系統(tǒng)，獲得低成本、低復(fù)雜度、高分辨率、簡便、有效的實時動態(tài)三維圖像。
【IPC分類】G01N21-64
【公開號】CN104764729
【申請?zhí)枴緾N201510194792
【發(fā)明人】詹求強(qiáng), 何賽靈, 楊東尼, 林眾宇, 潘江帆
【申請人】華南師范大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月22日