CN105527261A - 一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置 - Google Patents

一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，该扫描装置包括：第一激光器，用于发射第一激光源；第一入射光路，包括：第一检流计型振镜；第二入射光路，包括：共振型振镜；出射光路，包括：第二检流计型振镜以及显微物镜；第一转动反射镜，用于连通第一激光器与第一入射光路或第二入射光路；第二转动反射镜，用于连通出射光路与第一入射光路或第二入射光路；第一激光源作为入射光经过第一转动反射镜和第二转动反射镜进行切换选择，选择入射光经过第一入射光路进入出射光路或经过第二入射光路进入出射光路。本发明一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置成本低、效率高、精度好，便于用户切换实时的切换全局扫描和局部扫描。

Description

一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置
技术领域
本发明属于显微镜技术领域，具体涉及一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置。
背景技术
双光子荧光显微成像技术利用近红外的飞秒激光作为光源，可以对较厚的生物组织进行生物显微成像，具有成像深度大、光损伤小、空间分辨率和对比度高等特点，同时再配合另一波长激光的光刺激实验，可以用于研究活细胞中蛋白质的运动特性和分子动态。
扫描***一般可以分为两种：一种方式是基于纳米尺度的位移平台，通过直接移动固定于样品台上的样品对样品进行扫描，另一种方式是使用振镜扫描，配合使用扫描透镜和镜筒透镜，通过两轴振镜的偏转实现对样品的二维平面的扫描。
两种方式分别具有不同的特点，纳米位移台精度高，但是速度慢，观察范围小，适用于材料科学领域，如果应用于生物医学领域，这种方法有其缺点，主要体现在扫描速度过慢，无法长时间的观测完整的运动过程。而且在一些无法固定的样品中，如悬浮在溶液中的样品，位移平台移动过程中会与样品产生相对位移，特别是在水平的XY平面内，成像会产生较为严重的拖尾现象。这些都严重影响其成像质量，限制了在生物医学领域的应用。
而使用振镜扫描则优势明显，其避免了上述纳米位移台的缺点，并且观察范围大，可以通过对振镜加载不同的电压可以对扫描范围进行精确控制，同时成像速度明显优于纳米位移台。扫描振镜又分为两种，一种为检流计型振镜，其根据输入电压的大小，驱动其中的线圈，在磁场中产生力矩，从而带动振镜旋转一定的角度，使得入射光形成一维方向的线扫描。另一种为共振型振镜，在电压的驱动下，进行非线性简谐运动，根据不同的电压值调整扫描范围，其速度远远超过检流计振镜，扫描频率一般可达到8KHz。
然而，传统的振镜扫描装置结构单一化，采用单一的检流计型振镜或共振型振镜，不便于用户进行全部扫描和局部扫描的切换。
故一种成本低、效率高、精度好，便于用户进行全部扫描和局部扫描的切换的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置亟待提出。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，该扫描装置成本低、效率高、精度好，便于用户切换实时的切换全局扫描和局部扫描。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置包括：第一激光器，用于发射第一激光源；第一入射光路，包括：第一检流计型振镜；第二入射光路，包括：共振型振镜；出射光路，包括：第二检流计型振镜以及显微物镜；第一转动反射镜，用于连通第一激光器与第一入射光路或第二入射光路；第二转动反射镜，用于连通出射光路与第一入射光路或第二入射光路；第一激光源作为入射光经过第一转动反射镜和第二转动反射镜进行切换选择，选择入射光经过第一入射光路进入出射光路或经过第二入射光路进入出射光路。
本发明一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置结构简单，采用第一检流计型振镜、共振型振镜以及第二检流计型振镜来实现扫描，共振型振镜扫描频率高，检流计型振镜扫描更精准。而采用第一转动反射镜和第二转动反射镜可以有效对光路进行切换，采用共振型振镜对整个样品进行全局扫描观察，采用第一检流计型振镜用于对局部区域进行更细致的扫描观察，满足用户多形态的需求，更便于操作人员对样品进行光刺激实验。且本发明一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置中第一入射光路与出射光路形成一完整光路，第二入射光路与出射光路形成一完整光路，其两条光路共用出射光路，更节省成本。
在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
作为优选的方案，第一入射光路还包括：第一扫描透镜和第一镜筒透镜，入射光依次经过第一检流计型振镜、第一扫描透镜和第一镜筒透镜进入出射光路。
采用上述优选的方案，第一扫描透镜和第一镜筒透镜将一维线扫描的激光光束成像在同一焦品面，并对激光光束进行一定的准直和扩束。
作为优选的方案，第二入射光路还包括：第二扫描透镜和第二镜筒透镜，入射光依次经过共振型振镜、第二扫描透镜和第二镜筒透镜进入出射光路。
采用上述优选的方案，第二扫描透镜和第二镜筒透镜将一维线扫描的激光光束成像在同一焦品面，并对激光光束进行一定的准直和扩束。
作为优选的方案，出射光路还包括：第三扫描透镜和第三镜筒透镜，进入出射光路的入射光依次经过第二检流计型振镜、第三扫描透镜和第三镜筒透镜，射至显微物镜。
采用上述优选的方案，第三扫描透镜和第三镜筒透镜将一维线扫描的激光光束成像在同一焦品面，并对激光光束进行一定的准直和扩束。
作为优选的方案，第一转动反射镜和第二转动反射镜分别与第一驱动装置和第二驱动装置传动连接，第一驱动装置驱动第一转动反射镜转动，第二驱动装置驱动第二转动反射镜转动。
采用上述优选的方案，便于对第一入射光路与第二入射光路进行自动的切换。
作为优选的方案，双光子荧光显微镜的多模态扫描装置还包括：二向色镜，第一激光源经过二向色镜透射后进入第一入射光路或第二入射光路。
采用上述优选的方案，对不同波长的光束进行透射和折射的筛选。
作为优选的方案，双光子荧光显微镜的多模态扫描装置还包括：第二激光器，用于发射第二激光源，第二激光源经过二向色镜反射后进入第一入射光路或第二入射光路，且经过二向色镜透射的第一激光源与经过二向色镜反射的第二激光源光路一致。
采用上述优选的方案，保证其光路的稳定性。
作为优选的方案，双光子荧光显微镜的多模态扫描装置还包括：第二激光器，用于发射第二激光源；二向色镜，第一激光源经过二向色镜透射，第二激光源经过二向色镜反射，经过二向色镜透射的第一激光源与经过二向色镜反射的第二激光源进行合束。
采用上述优选的方案，可以有效实现对样品进行光刺激实验。
作为优选的方案，第一激光器为飞秒脉冲激光器。
采用上述优选的方案，效果好。
作为优选的方案，第二激光器为光纤激光器。
采用上述优选的方案，效果好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置的结构示意图之一。
图2为本发明实施例提供的第一转动反射镜的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的第二转动反射镜的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置的第一模态扫描的光路图。
图5为本发明实施例提供的一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置的第二模态扫描的光路图。
图6为本发明实施例提供的一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置的结构示意图之二。
图7为本发明实施例提供的一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置的第三模态扫描的光路图。
其中：1.第一激光器，2.二向色镜，3.第一转动反射镜，4.第二激光器，5.共振型振镜，6.第二镜筒透镜，7.第二扫描透镜，8.第二转动反射镜，9.第一镜筒透镜，10.第一扫描透镜，11.第一检流计型振镜，12.第二检流计型振镜，13.第三扫描透镜，14.第三镜筒透镜，15.显微物镜，16.样品台，17.第一驱动装置，18.第二驱动装置。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置的其中一些实施例中，
如图1-3所示，一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置包括：
第一激光器1，用于发射第一激光源，在实施例中，第一激光器为发设850nm波长的飞秒脉冲激光器；
二向色镜2，第一激光源经过二向色镜2进行透射；
第一入射光路，包括：第一检流计型振镜11、第一扫描透镜10和第一镜筒透镜9；
第二入射光路，包括：共振型振镜5、第二扫描透镜6和第二镜筒透镜7；
出射光路，包括：第二检流计型振镜12、第三扫描透镜13和第三镜筒透镜14以及显微物镜15，显微物镜15与样品台16的位置相对应；
第一转动反射镜3，用于连通第一激光器1与第一入射光路或第二入射光路，第一转动反射镜3与第一驱动装置17，第一驱动装置17驱动第一转动反射镜3转动90度，在本实施例中第一转动反射镜3为镀银反射镜；
第二转动反射镜8，用于连通出射光路与第一入射光路或第二入射光路，第二转动反射镜8与第二驱动装置18传动连接，第二驱动装置18驱动第二转动反射镜8转动90度，在本实施例中第二转动反射镜8为镀银反射镜。
如图4所示，第一模态扫描中，第一驱动装置17驱动第一转动反射镜3转动，将第一转动反射镜3置于扫描光路中，第二驱动装置18驱动第二转动反射镜8转动，将第二转动反射镜8不置于扫描光路中。第一激光器1发射的850nm波长的激光光束经二向色镜2透射后再经过第一转动反射镜3反射，入射到共振型振镜5上，通过振镜轴上的反射镜的翻转，在X轴方向形成一维直线扫描。经过共振型振镜5反射后的激光光束依次经过第二扫描透镜6和第二镜筒透镜7，将一维线扫描的激光光束成像在同一焦品面上。经过第二扫描透镜6和第二镜筒透镜7后，激光光束入射到第二检流计型振镜12上，通过振镜轴上的反射镜的翻转，在Y轴方向形成一维直线扫描，从而与共振型振镜5配合，形成二维平面扫描，平面反射光随之进入第三扫描透镜13、第三镜筒透镜14和显微物镜15，将激光光束聚焦在样品台16上，完成对样品的双光子激发。
如图5所示，第二模态扫描中，第一驱动装置17驱动第一转动反射镜3转动，将第一转动反射镜3不置于扫描光路中，第二驱动装置18驱动第二转动反射镜8转动，将第二转动反射镜8置于扫描光路中。第一激光器1发射的850nm波长的激光光束经二向色镜2透射后经过第一检流计型振镜11的调制在X轴方向形成一维直线扫描，再经过第二转动反射镜8进行反射，入射到第二检流计型振镜12上，通过两个检流计型振镜的配合，形成二维平面扫描。此扫描模态中，由于检流计型振镜的可控范围，可以方便用户在对样品大范围扫描观察之后的感兴趣部分进行更为细致的观察。
本发明一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置结构简单，采用第一检流计型振镜11、共振型振镜5以及第二检流计型振镜12来实现扫描，共振型振镜5扫描频率高，检流计型振镜扫描更精准。而采用第一转动反射镜3和第二转动反射镜8可以有效对光路进行切换，采用共振型振镜5对整个样品进行全局扫描观察，采用第一检流计型振镜11用于对局部区域进行更细致的扫描观察，满足用户多形态的需求，更便于操作人员对样品进行光刺激实验。且本发明一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置中第一入射光路与出射光路形成一完整光路，第二入射光路与出射光路形成一完整光路，其两条光路共用出射光路，更节省成本。在每一只振镜之后都分别先后配有扫面透镜和镜筒透镜组合，其将一维线扫描的激光光束成像在同一焦品面上，并对激光光束进行一定的准直和扩束。
如图6所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，双光子荧光显微镜的多模态扫描装置还包括：第二激光器4，用于发射第二激光源，第二激光源经过二向色镜2反射后进入第一入射光路或第二入射光路，且经过二向色镜2透射的第一激光源与经过二向色镜2反射的第二激光源光路一致。在实施例中，第二激光器4为发设1064nm波长的光纤激光器。
如图7所示，第三模态扫描中，第一驱动装置17驱动第一转动反射镜3转动，将第一转动反射镜3不置于扫描光路中，第二驱动装置18驱动第二转动反射镜8转动，将第二转动反射镜8置于扫描光路中。1064nm波长的激光光束经过二向色镜2的反射进入扫描光路中。通过第一检流计型振镜11和第二检流计型振镜12的配合形成对特定区域的二维平面扫描，使得用户可以对样品的特定区域进行光刺激实验。
值得注意是的是，由于经过二向色镜2透射的第一激光源与经过二向色镜2反射的第二激光源光路一致，光束行径没有发生偏差。故在本实施例中，第二模态扫描与第三模态扫描可同时进行，利用第三模态扫描来实现光刺激实验，利用第二模态扫描的进行观察，故可以有效观察光刺激对样品的生物特性的影响，实验数据更精确，中途无需对生物体进行位置的变化。
新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，包括：
第一激光器，用于发射第一激光源；
第一入射光路，包括：第一检流计型振镜；
第二入射光路，包括：共振型振镜；
出射光路，包括：第二检流计型振镜以及显微物镜；
第一转动反射镜，用于连通所述第一激光器与所述第一入射光路或所述第二入射光路；
第二转动反射镜，用于连通所述出射光路与所述第一入射光路或所述第二入射光路；
所述第一激光源作为入射光经过第一转动反射镜和所述第二转动反射镜进行切换选择，选择所述入射光经过所述第一入射光路进入所述出射光路或经过所述第二入射光路进入所述出射光路。
2.根据权利要求1所述的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，所述第一入射光路还包括：第一扫描透镜和第一镜筒透镜，入射光依次经过所述第一检流计型振镜、所述第一扫描透镜和所述第一镜筒透镜进入所述出射光路。
3.根据权利要求1所述的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，所述第二入射光路还包括：第二扫描透镜和第二镜筒透镜，入射光依次经过所述共振型振镜、所述第二扫描透镜和所述第二镜筒透镜进入所述出射光路。
4.根据权利要求1所述的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，所述出射光路还包括：第三扫描透镜和第三镜筒透镜，进入所述出射光路的入射光依次经过所述第二检流计型振镜、所述第三扫描透镜和所述第三镜筒透镜，射至所述显微物镜。
5.根据权利要求1-4任一项所述的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，所述第一转动反射镜和所述第二转动反射镜分别与第一驱动装置和第二驱动装置传动连接，所述第一驱动装置驱动所述第一转动反射镜转动，所述第二驱动装置驱动所述第二转动反射镜转动。
6.根据权利要求5所述的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，所述双光子荧光显微镜的多模态扫描装置还包括：
二向色镜，所述第一激光源经过所述二向色镜透射后进入所述第一入射光路或所述第二入射光路。
7.根据权利要求6所述的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，所述双光子荧光显微镜的多模态扫描装置还包括：
第二激光器，用于发射第二激光源，所述第二激光源经过所述二向色镜反射后进入所述第一入射光路或所述第二入射光路，且经过所述二向色镜透射的所述第一激光源与经过所述二向色镜反射的所述第二激光源光路一致。
8.根据权利要求6所述的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，所述第一激光器为飞秒脉冲激光器。
9.根据权利要求6所述的双光子荧光显微镜的多模态扫描装置，其特征在于，所述第二激光器为光纤激光器。
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