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一种实现近共振增强的超分辨受激拉曼显微成像方法及装置

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-10-16 18:09:39

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 王正伦 | 2023-10-16 18:09:39

一种实现近共振增强的超分辨受激拉曼显微成像方法,其特征在于,包括下述步骤:(1)获得两束同步且相位锁定的第一脉冲光源λ1和第二脉冲光源λ2;(2)对所述第二脉冲光源λ2进行正弦型强度调制并获得第三脉冲激光λ3和第四脉冲激光λ4,其中第三脉冲激光λ3为零级光,第四脉冲激光λ4为一级光;(3)通过第一晶体对第一脉冲激光λ1进行倍频处理,通过第二晶体对所述第三脉冲激光λ3进行倍频处理,通过第三晶体对所述第四脉冲激光λ4进行倍频处理,在保证重复频率且偏振模式不变的条件下实现波长减半,并分别获得同步且相位锁定的第五脉冲激光λ5、第六脉冲激光λ6和第七脉冲激光λ7;(4)将所述第五脉冲激光λ5、所述第六脉冲激光λ6和所述第七脉冲激光λ7分别耦合进入单模保偏光纤以保证三束激光绝对的共线性,稳定性以及良好的高斯模式;(5)对经过单模保偏光纤传输的所述第六脉冲激光λ6和第七脉冲激光λ7分别进行延迟处理使其均与所述第五脉冲激光λ5实现时间域匹配;(6)对时间域匹配的所述第六脉冲激光λ6进行相位整形并获得涡旋光;(7)对所述第五脉冲激光λ5、所述涡旋光和延迟后的第七脉冲激光λ7进行合束处理,实

本发明公开了一种实现近共振增强的超分辨受激拉曼显微成像方法及装置,包括(1)获得两束同步且相位锁定的第一脉冲光源λ和第二脉冲光源λ;(2)对第一脉冲光源λ进行倍频处理,对经过强度调制后的第二脉冲光源λ进行倍频处理,实现将其波长减半并获得第三脉冲激光λ和第四脉冲激光λ;(3)对第四脉冲激光λ进行延迟处理使其与第三脉冲激光λ实现时间域匹配,并对时间域匹配的第三脉冲激光λ和第四脉冲激光λ进行合束处理实现空间域的完全匹配;(4)将合束后的第三脉冲激光λ和第四脉冲激光λ同时耦合进入单模保偏光纤;(5)对由单模保偏光纤传输的光与样本作用后产生的光信号进行处理,并获得显微图像。本发明实现了空间分辨率的提高。

光学显微成像技术已成为生物医学研究的基石,能够在研究细胞结构探测及功能的同时对感兴趣的细胞或组织具有最小的侵入性。当前,荧光显微镜发展如日中天,基于荧光标记的显微成像技术可以通过对外源标记分子的操控,间接实现包括蛋白质、核酸在内的多种生物分子的特异性超分辨成像。但是过大的荧光蛋白标签会影响生物分子的活性,过宽的荧光谱线限制了多色标记的发展,且荧光的漂白特性未得到很好的解决。因此,急需免标记技术对细胞内活跃的生化反应、代谢活动以及小分子生物代谢产物进行高分辨的精确定位分析。

然而,由于光学衍射极限的限制,能应用于细胞或组织的超高分辨成像技术仍面临巨大挑战。近年来,能够直接探测固有生物分子,产生图像对比度的无标记高分辨显微成像技术有了飞速的发展。包括红外吸收显微镜和自发拉曼散射显微镜在内的无标记分子振动显微镜都可以利用分子固有的化学键振动成像,但是,波长较长的近红外激发光限制了红外吸收显微镜的空间分辨率,较低的成像灵敏度限制了自发拉曼显微镜的成像速度。相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微镜虽然有较高的成像灵敏度,但是受强非共振背景信号的干扰,CARS的光谱不同于自发拉曼光谱,这就导致了光谱的复杂化以及图像解释上的困难,同样限制了检测灵敏度。

随着技术的发展,为了提高成像灵敏度,同时克服非共振背景的干扰,受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)显微成像技术逐渐成熟,该技术对生物体的成像速度更快,灵敏度更高。然而,SRS作为一种无标记分子振动成像技术,其空间分辨率一直被限制在300纳米左右。因此,能够突破180纳米传统空间分辨极限的无标记超高分辨光学成像一直是成像领域开拓的重要方向。

华中科技大学(Huazhong University of Science and Technology),简称华中大、华科大 ,位于湖北省武汉市,是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学、位列国家“双一流”“985工程”“211工程”、入选“强基计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、国家大学生创新性实验计划、国家级大学生创新创业训练计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、国家级新工科研究与实践项目、基础学科拔尖学生培养计划2.0,是学位授权自主审核单位、全国深化创新创业教育改革示范高校、一流网络安全学院建设示范项目高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、教育部来华留学示范基地,为中欧工程教育平台成员和医学“双一流”建设联盟 、国际应用科技开发协作网 、全球能源互联网大学联盟成员。

本发明通过双波长倍频技术使成像所使用的激发光波长减半,实现空间分辨率的提高,并进一步基于调制补偿的方法,抑制样本平面上的焦点外围信号,减小了有效光斑体积,进一步提高横向分辨率,并首次实现了横向分辨率接近60纳米的近共振增强的无标记受激拉曼散射显微成像技术,其图像衬度直接来源于毫摩尔量级的低浓度的内源性生物分子。另外,该系统的成像灵敏度相比传统受激拉曼显微镜提高了约23倍,使小范围内(小于100纳米)的化学分析成为可能。

本专利成果采用技术转让,技术入股,技术合作等成果转化方式,希望进一步实现该专利的有益效果,有兴趣皆可面议。