一种随机扫描的系统的制作方法_2

文档序号:9596029阅读:来源:国知局
原由,本发明实施例提供了如图1所示的一种随机扫描的系统,包括色散预补偿单元1、随机扫描单元2和成像单元3 ;
[0041]色散预补偿单元1用于对入射光进行色散预补偿和光路调整后,垂直入射至随机扫描单元2用以实现任意区域的扫描;
[0042]随机扫描单元2,还用于收集进行任意区域扫描后产生的荧光信号,并对所述荧光信号进行处理后入射至成像单元3进行成像。
[0043]下面结合图2对本发明实施例进行进一步的解释:
[0044]色散预补偿单元1包括第一菱镜Prism 1、第二菱镜Prism 2、第一反光镜组、第二反光镜组,所述第一反光镜组包括反光镜M2、反光镜Ml,所述第二反光镜组包括反光镜M5、反光镜M4。
[0045]随机扫描单元2包括:
[0046]第一二维声光偏转器2D-A0D 1、与所述第一二维声光偏转器2D-A0D 1相连接的第一数据采集卡DAQ1 ;
[0047]第二二维声光偏转器2A-A0D 2、与所述第二二维声光偏转器2D-A0D 2相连接的第二数据采集卡DAQ2 ;
[0048]反光镜M3、第一双色镜DM1、第二双色镜DM2和物镜;
[0049]成像单元3包括:分束镜BS、光电倍增管PMT、图像传感器CCD和成像模块;成像模块在本实施例中为一计算机。
[0050]下面对各部件进行性详细的阐述:
[0051]STED超分辨显微成像中基于A0D的随机扫描系统,包括:
[0052]第一菱镜(Prism 1),主要是对STED损耗光的色散进行预补偿,目的是抵消后面A0D产生的色散,注意这里的菱镜要在水平方向倾斜约45°放置;
[0053]第二菱镜(Prism 2),主要是对激发光的色散进行预补偿,目的是抵消后面A0D产生的色散,注意这里的菱镜要在水平方向倾斜约45°放置;
[0054]第一二维声光偏转器(2D-A0D 1),用于实现对红色的STED损耗光随机任意选区扫描;
[0055]第二二维声光偏转器(2D-A0D 2),用于实现对绿色的激发光随机任意选区扫描;
[0056]第一反光镜Ml和第二反光镜M2,主要用于调整经过菱镜后的STED损耗光,确保其垂直进入2D-A0D 1 ;
[0057]反光镜M3,用于对经过2D-A0D 1的(1,1)衍射光进行反射改向,并在实验过程中有微调的作用;
[0058]第四反光镜M4和第五反光镜M5,主要用于调整经过菱镜后的激发光,确保其垂直进入 2D-A0D 2 ;
[0059]第一双色镜(DM1),用于透射780nm的STED损耗光,反射约680nm的荧光;
[0060]第二双色镜(DM2),用于反射633nm的激发光,透射约680nm的荧光。
[0061]分束镜(BS),用于将物镜收集的信号分成两部分(10%:90%), 10%的荧光信号进入(XD用于调整光路,90%的荧光信号进入PMT用于超分辨成像。
[0062]数据采集卡(DAQ1和DAQ2),用于产生控制信号,实现对两对声光偏转器的实时控制,同时为了保持同步性,两DAQ之间共用一个时钟信号,这样就可以用两个DAQ实现两套A0D同步产生不同的扫描频率。
[0063]物镜,用于聚焦激发光和STED损耗光,激发产生超越衍射极限的荧光,同时收集样品产生的荧光信号;
[0064]光电倍增管(PMT),对荧光信号进行放大,并将放大后的信号传输给计算机进行成像。
[0065]图像传感器CCD,用于调整光路时收集荧光信号,并将信号传输给计算机进行实时显不ο
[0066]计算机(Computer),用于控制数据采集卡和光电倍增管,同时对光电倍增管的信号进行处理,最终形成一张完整的超分辨图像。
[0067]本发明详细过程如下:首先假定激发光和STED损耗光到达随机扫描系统时都已经调整好并满足STED成像要求,已经调整好的激发光首先通过菱镜2进行色散预补偿,然后通过反射镜(M4和M5)进行光束的高度调整,接着进入二维声光偏转器,此时在声光偏转器中产生的色散恰好与菱镜补偿的色散相互抵消,经过声光偏转器出射的激发光应为一个圆形光斑,然后经过双色镜DM2反射,再通过物镜聚焦。同样已经调整好的STED损耗光,经过菱镜预补偿后,再通过反射镜(Ml和M2)调整损耗光的高度,让其水平入射二维声光调制器,经过声光调制器后,通过菱镜预补偿的色散应与声光调制器产生的色散相互抵消,最后从声光偏转器出射的光,经过物镜聚焦后应为一个圆环光斑。由于控制两组A0D信号的数据采集卡DAQ1和DAQ2共用一个时钟。因此,激发光和STED损耗光是同步执行扫描的。但是在脉冲时间间隔上激发光要比STED损耗光快约180ps到达样品,才能得到比较好的超分辨图像。
[0068]实施过程中,需要先对A0D的扫描系统进行微调,因为由于波长的不同A0D的衍射角度会有微小的变化,因此系统调好后在激发光和STED损耗光的光源出口处放置光谱仪,随时监控波长的变化,将波长对扫描系统的影响减到最小。在对系统的微调时,首先用为本发明设计的软件Scan imaging控制数据采集卡(DAQ)让两束的光经过A0D时A0D都固定在中心频率(A0D的频率范围为6000Hz-9000Hz,中心频率为7500Hz)。因此,此时的A0D就相当于固定的光栅,两束光分别经过各自的A0D后在A0D出光口处会出现衍射光斑,在本发明中选取(-1,-1)点,然后在荧光光路上用CCD采集光斑进行实时成像,此时通过微调反光镜和双色镜来确保两束光的(_1,-1)点完全重合。然后再寻找每个像素坐标与A0D扫描频率的一一对应关系,首先寻找激发光的像素点坐标与A0D扫描频率之间的关系,确定关系后再固定激发光光斑对应像素点的坐标位置,来反向寻找在相同坐标的位置上与之对应的控制损耗光A0D频率之间的关系,以确保在每个像素点上两束光都能完全重合。
[0069]具体的,本发明实施例默认进入菱镜的激发光和STED损耗光均已经调整好,而本发明要做的工作是随时保证激发光和STED损耗光的高度重叠,按照图2的方式搭建光路。首先搭建的是激发光光路,激发光保持水平,调整菱镜的位置,保证激发光以约45°的方式入射,同时菱镜自身要与水平面成约45°角放置,激发光经过菱镜色散预补偿后,通过双反射镜组合,用以调整激发光的高度和方向。调整A0D的位置保持A0D到菱镜的位置约35厘米左右,然后经过A0D衍射(此时A0D工作的频率为中间频率),将衍射点投射在纸屏上,在纸屏上可以看到四个衍射点(如图3所示),其中(-1,-1)级衍射点即为需要的光斑,观察衍射斑点的形状,如果为椭圆,可以通过微调菱镜、A0D放置的倾斜角度或A0D到菱镜的距离,来改变光斑的形状,直到光斑为圆形为止,如图3所示,为调制好后的衍射图。同样STED损耗光也进行相同的操作。当两束光都调整好后,用反光性较好的物体作为样品(本实施例中采用载玻片)进行反射成像,首先开启激发光,在CCD上可以看到一个圆形光斑,通过调节(XD让光斑位于(XD的正中心,然后关掉激发光开启STED损耗光,在(XD上可以看到一个圆环形光斑,通过调节反光镜M3使环形光斑位于CCD正中心,最后再开启激发光,观察两束光的重合程度,通过微调反光镜M3和双色镜DM2,确保两束光完全重合,如图4所示。
[0070]由于本发明是使用A0D执行扫描,而每组A0D是有两个单独的A0D组成(每个A0D都可以执行一维线扫描),这样就
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