(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210662325.0 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 华侨大学 地址 362000 福建省泉州市丰泽区城东城 华北路269号 申请人 宁波五维检测科技有限公司 (72)发明人 易定容　乐炜桦　周博聪　袁涛　 吴栋梁　 (74)专利代理 机构 厦门市首创君 合专利事务所 有限公司 3 5204 专利代理师 连耀忠 (51)Int.Cl. G01N 21/64(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像 装置和方法 (57)摘要 本发明提供一种基于空间光调制的纳米精 度荧光成像装置， 其特征在于， 所述基于空间光 调制的纳米精度荧光成像装置包括激发模块、 激 活模块、 成像模块， 其中激发模块、 激活模块含有 单个微元可调的空间光调制器， 激发模块整形出 射的激发光线与激活模块整形出射的激活光线 合并， 得到合并光线， 合并光线经放大后以纳米 尺寸照射到样品上并通过成像模块进行成像； 本 发明提供的装置实现无机械运动、 无激光扫描的 新型激光光斑调制， 能够分辨单个荧光分子或者 亚细胞精细结构， 大幅降低了荧光成像装置的复 杂度， 提高了 定位和成像效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115015200 A 2022.09.06 CN 115015200 A 1.一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置， 其特征在于， 所述基于空间光调制 的纳米精度荧光成像装置包括激发模块、 激活模块、 成像模块， 其中激发模块、 激活模块含 有单个微元可调的空间光调制器， 激发模块整形出射的激发光线与激活模块整形出射的激 活光线合并， 得到合并光线， 合并光线经放大后以纳米尺寸照射到样品上并通过成像模块 进行成像。 2.根据权利要求1所述一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置， 其特征在于， 所 述激发模块按照光路传播方向， 依次包含： 激光光源 Ⅰ、 扩束镜Ⅰ、 均匀光透镜组 Ⅰ、 聚焦透镜 Ⅰ、 全内反射透镜 Ⅰ、 空间光调制器 Ⅰ； 扩束镜Ⅰ用于对激光光源 Ⅰ发出的激发光线进 行扩束； 均 匀光透镜组 Ⅰ和聚焦透镜 Ⅰ用于会聚激发光线； 全内反射透镜 Ⅰ将激发光线以特定角度入射 到空间光调制器 Ⅰ中； 空间光调制器 Ⅰ对入射的激发光线 进行整形并出射。 3.根据权利要求1所述一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置， 其特征在于， 所 述激活模块按照光路的传播方向， 依次包含： 激光光源 Ⅱ、 扩束镜Ⅱ、 均匀光透镜组 Ⅱ、 聚焦 透镜Ⅱ、 全内反射透镜 Ⅱ、 空间光调制器 Ⅱ、 二向色镜、 准直透镜组、 滤镜片转盘、 物镜、 载物 台； 扩束镜 Ⅱ用于对激光光源 Ⅱ发出的激活光线进行扩束； 均匀 光透镜组 Ⅱ和聚焦透镜 Ⅱ 用于会聚激活光线， 全内反射透镜 Ⅱ激活光线以特定角度入射到空间光调制器 Ⅱ中， 激活 光线经过空间光调制器 Ⅱ整形后以特定角度入射到二向色镜上， 与激发光线形成合并光 线； 滤光片转盘将合并光线反射到达物镜； 合并光线经 由准直透镜组和物镜的放大后以纳 米尺寸照射到载物台上的样品上。 4.根据权利要求1所述一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像装置， 其特征在于， 所 述成像模块按照光路的传播方向， 依次包含： 压电陶瓷电机、 管镜、 探测器； 压电陶瓷电机实 现轴向精密对焦； 荧 光在滤光片转盘发生透射， 并经由管镜聚焦后进入到 探测器中。 5.应用权利要求1～4任一项所述装置的一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像方 法， 其特征在于， 包括以下步骤： 1)首先将样品放置于载物台上， 由上位机控制空间光调制器 Ⅰ所有微镜状态为 “开”； 然 后粗调物镜相对载物台的位置， 使探测器成像达到较好清晰度； 再 由压电陶瓷电机细调物 镜相对载物台的位置， 使探测器成像达 到最优清晰度； 2)根据ROI区域的位置信息与形状信息， 控制空间光调制器 Ⅰ， 将激发光线整形为几何 形状Ⅰ； 控制空间光调制器 Ⅱ， 将激活光线整 形为几何形状 Ⅱ； 其中几何形状 Ⅰ和几何形状 Ⅱ 的位置可以是包 含、 相交或者互斥的关系； 3)由荧光定位算法和单个微元可调的空间光调制器 Ⅰ、 空间光调制器 Ⅱ， 实现对几何形 状Ⅰ、 几何形状 Ⅱ中心位置的实时调整； 并通过持续迭代中心位置来记录ROI区域的荧光分 子； 4)由步骤3)得到几何形状 Ⅰ和Ⅱ的中心位置所记录的在ROI区域荧光分子的位置； 并且 所述荧光分子发出的荧 光经由滤光片转盘透射、 管镜聚焦后被探测器获取并进行成像。 6.根据权利要求5所述一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像方法， 其特征在于， 所 述空间光调制器 Ⅰ、 空间光调制器 Ⅱ是单个微元可调的空间光调制器， 包括但不限于DMD或 透射式LCD。 7.根据权利要求5所述一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像方法， 其特征在于， 在 迭代中心 位置时几何形状 Ⅱ包含于几何形状 Ⅰ； 几何形状 Ⅱ和几何形状 Ⅰ包括但不限于是甜权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115015200 A 2甜圈形、 矩形或三角形等。 8.根据权利要求5所述一种基于空间光调制的纳米精度荧光成像方法， 其特征在于， 所 述荧光定位算法在定位的过程中， 通过控制空间光调制器 Ⅰ和Ⅱ形成光斑并投射到样品区 域内， 再然后调整空间光调制器 Ⅰ和Ⅱ， 不同位置微镜的开关使光斑以随机开始的位置为圆 心、 L＝600nm为直径的圆周上移动完成一次迭代， 完成迭代后缩小直径L进行下一次迭代， 不断重复上述操作， 迭代至直径L＝60nm时结束， 并最终确 定荧光分子所在位置， 迭代过程 中荧光分子距离最近的光斑中心点的距离r可表示 为： 其中， 表示是估计值， MLE表示是最大似然法， 最大似然估计值 的结果近似表示 为在迭代中荧 光分子距离最近光斑中心点的概 率的多项式分布 如下式所示： 其中 是甜甜圈光斑移动过程中探测器收集到的光子数的集合； N是单次迭代过程中收 集光子的总数； n0！…nk‑1！ 是 集合中的元素， 代表单次迭代中， 每一次移动几何形状 Ⅰ、Ⅱ时 收集到的光子数； k是单次迭代过程中空间光调制器 Ⅰ、Ⅱ控制几何形状 Ⅰ、Ⅱ中心位置移动 的次数； pi是向量参数， 其中λi表示几何形状 Ⅰ引起的背景噪 声的波长， λbi表示几何形状 Ⅱ引起的背景噪声的波长 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115015200 A 3