920nm波段多模态非线性显微成像系统的研究

发布时间：2020-04-24 12:35

【摘要】：非线性显微成像是利用光源与成像样品之间的非线性作用,进而产生信号光来成像,这种成像方式将信号光的激发限制在聚焦焦点附近,排除了其他位置杂散光的影响,能显著提升成像分辨率。而双光子显微成像作为其中最广泛的一种非线性成像方式,应用于医疗诊断,生物研究等多个领域,随着GFP荧光蛋白多种变体的出现,适用于这些荧光标记物的920nm波段双光子成像研究尤为重要。传统的双光子非线性成像过程中,由于激发光路和探测光路同轴,容易受到光漂白和光毒性等不良影响,并且点扫描三维成像的方式导致其成像速度较慢,不容易捕捉快速变化的图像。将光片照明和双光子成像结合,能减小光漂白光毒性,且成像速度极大提升。光片成像过程中为保证高成像速度,往往轴向分辨率过低,本系统加入点探测成像以获取轴向高分辨率图像。除此之外,高斯光照明的光片具有视场不均匀的问题,本系统引入贝塞尔光照明,使成像视场均匀。多种模态成像方式的结合使系统具有高分辨,高成像速度的,视场均匀的特点。系统方面,本文搭建了920nm多模态双光子非线性成像系统。照明光路利用920nm波段的飞秒脉冲激光器作为光源,结合空间光调制器可以实现高斯光和贝塞尔光两种照明方式,使用两个方向的振镜实现扫描。探测光路具有光片和点探测两个模式,对于光片探测模式,x振镜实现光片照明,z振镜结合高速变焦透镜进行轴向扫描,最终实现三维扫描。对于点探测模式,两振镜实现x-z视场的二维扫描,设计了两个振镜与点探测之间的时序关系,以获得准确的二维图像。实验方面,首先利用该系统进行荧光微球成像,以测试系统的视场和分辨率,根据成像结果得到成像视场为770μm×770μm×324μm,光片模式的横向分辨率为0.767μm,轴向分辨率为5.83μm,而点探测模式的分辨率为2.12μm。然后对EGFP标记血的斑马鱼血管成像,验证了本系统高分辨成像的能力;对斑马鱼心脏成像验证了系统高速成像能力。最后验证使用空间光调制器扩展光片视场的均匀性,结果表明贝塞尔光照明将原本集中在视场中心的荧光激发均匀扩展到整个成像视场。
【图文】：

微成像技术微镜不同，共聚焦显微成像系统中，将一个精，进行空间滤波，滤除焦点以外的光，结合机著提升成像的分辨率。这种成像方式有效改善，非焦点的荧光激发带来的分辨率下降问题。面处的荧光激发，使用深度方向的扫描元件成像系统具有了三维层析能力。三维成像可以响，从而便于研究人员的研究，在生命科学以像技术的原理图如图 1-1，点光源，样品上的于共轭位置。光源的光通过物镜聚焦到样品上发射出的信号光沿着不同路径前往探测器方向平面发出的光能被探测器接受。通过扫描元件行逐点成像，最终得到高分辨率的图像。

第一章 绪论成像的有效深度最大概在 200μm 左右，无法对样品深层进行有效成像[4]。1.1.3 非线性显微成像技术传统的单光子荧光成像过程中，一个荧光分子吸收一个激发光的光子，释放一个波长更长的荧光光子，荧光的激发概率和激发光的强度成正比，是一个线性程。非线性显微成像是利用光源与成像样品之间的非线性作用，进而产生信号来像，单个分子或原子基团同时吸收多个光子激发出一个新的光子。该过程中，荧的激发概率与激发光强度的高次方成正比，而不是单光子成像中的线性关系。非性成像对激发光能量密度具有高需求，将成像信号光的激发限制在聚焦焦点附近非线性成像相较于共聚焦成像天然具有焦点处的“针孔”，排除了其他位置杂散的影响，显著提升成像的分辨率。如图 1-2(a)所示为几种成像方式的原理图，图 2(b)和 1-2(c)为线性成像和非线性成像的激发效果对比，可以看到非线性成像时激发光集中在焦点附近，，而线性激发区域则较大。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TH742

【参考文献】

相关博士学位论文 前1条

1 宗伟健;微型双光子显微镜及自由活动小鼠神经成像[D];中国人民解放军军事医学科学院;2017年

相关硕士学位论文 前2条

1 李茜;飞秒激光双光子荧光生物显微成像研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

2 王盛满;双光子荧光显微镜的研究[D];浙江大学;2006年

本文编号：2638968