一种超分辨率显微成像方法及显微镜技术

本发明专利技术实施例公开了一种超分辨率显微成像方法及显微镜。其中超分辨率显微成像方法包括对生物样品进行膨胀处理；对膨胀后的生物样品切片处理，形成生物样品切片；利用无衍射光束形成结构光照明光片，获取结构光照明光片的超分辨率单像；融合所有超分辨率单像，得到生物样品的超分辨率像。本发明专利技术实施例的技术方案，可以解决现有显微成像速度过慢，不适用于对大体积、高通量的生物样品进行荧光原位测序问题，实现快速高精度生物样品显微成像。

【技术实现步骤摘要】
一种超分辨率显微成像方法及显微镜
本专利技术实施例涉及显微成像技术，尤其涉及一种超分辨率显微成像方法及显微镜。
技术介绍
受限于光的衍射效应，光学显微镜的分辨率大约被限制在探测波长的一半，约200nm。为探索更多发生于亚细胞、分子复合物等结构间的生命活动，近年来具有更高分辨率的超分辨率显微成像技术得到了迅速发展。现有技术中，基于单分子定位的超分辨率显微技术是一种常用的显微技术，包括随机光学重建显微技术(StochasticOpticalReconstructionMicroscopy，简称STORM)和光激活定位显微技术(PhotoactivatedLocalizationMicroscopy，简称PALM)，其成像分辨率可达20nm×20nm×50nm。但其成像速度慢，单帧的超分辨图像可能需要数百甚至数千张原始图像合成。而且，由于需要反复的激活再淬灭的过程，光毒性高，不适用于对大体积、高通量的生物样品进行荧光原位测序(merfish)。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种超分辨率显微成像方法及显微镜，以实现快速高精度生物样品显微成像。第一方面，本专利技术实施例提供一种超分辨率显微成像方法，包括：对生物样品进行膨胀处理；对膨胀后的所述生物样品进行切片处理，形成生物样品切片；利用无衍射光束形成结构光照明光片，获取所述结构光照明光片的超分辨率单像；融合所有所述超分辨率单像，得到所述生物样品的超分辨率像。可选的，所述对生物样品进行膨胀处理包括：将所述生物样品包埋在致密交联电解质的凝胶溶液中；控制凝胶通过折叠线性膨胀而膨胀，从而使所述生物样品膨胀。可选的，所述凝胶包括聚丙烯酸类凝胶，所述聚丙烯酸类凝胶吸水后膨胀。可选的，所述无衍射光束为Bessel光束、Airy光束、Mathieu光束或Weber光束。可选的，所述利用无衍射光束形成结构光照明光片，获取所述结构光照明光片的超分辨率单像包括：将所述无衍射光束调制为结构光光片；利用所述结构光光片照射所述生物样品切片，形成结构光照明光片；获取所述结构光照明光片的超分辨率单像；移动所述生物样品切片，获取所有所述结构光照明光片对应的超分辨率单像。可选的，所述移动所述生物样品切片包括平移所述生物样品切片和/或绕垂直于所述生物样品切片所在平面方向的轴旋转所述生物样品切片。第二方面，本专利技术实施例还提供一种超分辨率显微镜，包括样品预处理模块、显微成像模块以及数据处理模块；所述样品预处理模块用于对生物样品进行膨胀处理，还用于对膨胀后的所述生物样品进行切片处理，形成生物样品切片；所述显微成像模块包括载物台和至少一对成像单元，每对所述成像单元包括第一成像单元和第二成像单元，所述第一成像单元包括第一光源、第一光调制单元以及沿第一光轴排列的第一物镜和第一相机，所述第二成像单元包括第二光源、第二光调制单元以及沿第二光轴排列的第二物镜和第二相机，所述第一光轴和所述第二光轴垂直；所述第一光调制单元用于将所述第一光源出射的光调制为第一无衍射光束，并将所述第一无衍射光束调制为第一结构光光片，所述第一结构光光片用于为所述第二物镜提供照明，所述第二相机用于获取所述第二物镜所成的超分辨率单像；所述第二光调制单元用于将所述第二光源出射的光调制为第二无衍射光束，并将所述第二无衍射光束调制为第二结构光光片，所述第二结构光光片用于为所述第一物镜提供照明，所述第一相机用于获取所述第一物镜所成的超分辨率单像；所述数据处理模块用于融合所有所述超分辨率单像，得到所述生物样品的超分辨率像。可选的，所述显微成像模块包括两对成像单元，两对所述成像单元中第一光轴和第二光轴所在的两个平面具有不为零的夹角。可选的，所述第一光调制单元包括锥透镜和旋转振镜、相位模板和旋转振镜或空间光调制器；所述第二光调制单元包括锥透镜和旋转振镜、相位模板和旋转振镜或空间光调制器。可选的，还包括第三光源、第三物镜以及第三相机；所述第三光源用于为所述第三物镜提供照明；所述第三相机用于获取所述第三物镜的成像，用于观察所述生物样品。本专利技术实施例提供的超分辨率显微成像方法，通过对生物样品进行膨胀处理，使生物样品的体积膨胀而不影响待成像的结构；通过对膨胀后的生物样品进行切片处理，形成生物样品切片；通过利用无衍射光束形成结构光照明光片，获取结构光照明光片的超分辨率单像；融合所有超分辨率单像，得到生物样品的超分辨率像。解决现有显微成像速度过慢，不适用于对大体积、高通量的生物样品进行荧光原位测序问题，实现快速高精度生物样品显微成像。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种超分辨率显微成像方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种超分辨率显微镜的结构示意图；图3和图4分别是本专利技术实施例提供的一种超分辨率显微镜的局部结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。需要注意的是，本专利技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本专利技术实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。图1为本专利技术实施例提供的一种超分辨率显微成像方法的流程示意图，本实施例可适用于对大体积、高通量的生物样品进行荧光原位测序，该超分辨率显微成像方法包括：步骤S110、对生物样品进行膨胀处理。可以理解的是，为了突破普通宽场显微镜的分辨率极限受衍射极限限制，可以通过把样品撑大的方式实现超分辨成像，通过破坏蛋白质之间的相互作用，聚合物被液体填充，其体积能膨胀成百上千倍，例如体积膨胀1000倍时，其长、宽、高分别膨胀10倍，因此可以实现10倍的超分辨成像。可选的，对生物样品进行膨胀处理包括：S111、将生物样品包埋在致密交联电解质的凝胶溶液中；S112、控制凝胶通过折叠线性膨胀而膨胀，从而使生物样品膨胀。可选的，凝胶包括聚丙烯酸类凝胶，聚丙烯酸类凝胶吸水后膨胀。聚丙烯酸类凝胶吸水后体积可以膨胀很多倍，用于实现生物样品膨胀。在其他实施例中，还可以选用其他类型的聚合物，本专利技术实施例不作限定。步骤S120、对膨胀后的生物样品进行切片处理，形成生物样品切片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超分辨率显微成像方法，其特征在于，包括：/n对生物样品进行膨胀处理；/n对膨胀后的所述生物样品进行切片处理，形成生物样品切片；/n利用无衍射光束形成结构光照明光片，获取所述结构光照明光片的超分辨率单像；/n融合所有所述超分辨率单像，得到所述生物样品的超分辨率像。/n

【技术特征摘要】
1.一种超分辨率显微成像方法，其特征在于，包括：
对生物样品进行膨胀处理；
对膨胀后的所述生物样品进行切片处理，形成生物样品切片；
利用无衍射光束形成结构光照明光片，获取所述结构光照明光片的超分辨率单像；
融合所有所述超分辨率单像，得到所述生物样品的超分辨率像。


2.根据权利要求1所述的超分辨率显微成像方法，其特征在于，所述对生物样品进行膨胀处理包括：
将所述生物样品包埋在致密交联电解质的凝胶溶液中；
控制凝胶通过折叠线性膨胀而膨胀，从而使所述生物样品膨胀。


3.根据权利要求2所述的超分辨率显微成像方法，其特征在于，所述凝胶包括聚丙烯酸类凝胶，所述聚丙烯酸类凝胶吸水后膨胀。


4.根据权利要求1所述的超分辨率显微成像方法，其特征在于，所述无衍射光束为Bessel光束、Airy光束、Mathieu光束或Weber光束。


5.根据权利要求1所述的超分辨率显微成像方法，其特征在于，所述利用无衍射光束形成结构光照明光片，获取所述结构光照明光片的超分辨率单像包括：
将所述无衍射光束调制为结构光光片；
利用所述结构光光片照射所述生物样品切片，形成结构光照明光片；获取所述结构光照明光片的超分辨率单像；
移动所述生物样品切片，获取所有所述结构光照明光片对应的超分辨率单像。


6.根据权利要求5所述的超分辨率显微成像方法，其特征在于，所述移动所述生物样品切片包括平移所述生物样品切片和/或绕垂直于所述生物样品切片所在平面方向的轴旋转所述生物样品切片。


7.一种超分辨率显微镜，其特征在于，包括样品预处理模块、显微成像模块以及数据处理模块；
所述样品预处理模块用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骁，骆健忠，樊科，范卫华，温晓慧，
申请(专利权)人：中国科学院广州生物医药与健康研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44