CN107167906A - 一种微液滴透镜的超分辨率显微成像装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种微液滴透镜的超分辨率显微成像装置及方法，可用于水质环境监测及生物医学诊断领域。本发明以智能手机或普通个人电脑为观测平台，将光学显微镜与液相微量注射器结合在一起，通过液相微量注射器来调节用于对待测样品放大显示的液滴微透镜的体积大小，从而调节微透镜的放大倍数，以达到进一步的提高分辨率的效果。另外可以结合观测者需要将对图像进行增强显示的算法嵌入观测平台，满足各类应用环境需求。本系统具有良好的生物医学检测应用前景，可以用于在光学显微镜平台下克服传统显微镜衍射极限。
Description
说明书
本发明属于生物医学检测领域，涉及一种微液滴透镜的超分辨率显微成像装置及方法，是一种基于放大倍数可调节的微液滴透镜的超分辨率显微成像装置及方法。
技术领域
本发明涉及生物医学检测领域，更具体的涉及一种基于放大倍数可调节的微液滴透镜的超分辨率显微成像装置及方法，用于克服光学衍射极限，进行超分辨率显微成像。
背景技术
光学显微镜被广泛应用于生物医学检测，其体型庞大、造价高昂以及调焦复杂等缺陷限制了在许多领域及地区的应用，昂贵的透镜组尤其限制了显微镜的普及，而且由于衍射极限的存在，传统光学显微镜的分辨率实际上只能达到300nm左右。存在衍射极限的原因在于远场中隐失波的损失。隐失波中带有表示物体精细结构信息的高空间频率谐波，谐波强度随距离的增加呈指数衰减，因此只在近场中存在。而直径为几微米至十几微米的透明介质微球至于样品表面，可以克服衍射极限，在白光下就可以实现超分辨率成像。而借助于微量注射器可以对微透镜大小进行调节，进而控制放大倍数，将这种微球透镜与基于智能手机的便携式光学显微镜结合使用，不仅可以做出手持型、微型化的显微镜，而且可以实现超分辨率成像。达到一般光学显微镜达不到的分辨率极限。
发明内容
目前在用的扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和扫描近场光学显微镜(SNOM)的分辨率可以达到几纳米，但这几种显微镜对使用环境及样本要求苛刻，SEM和TEM要求成像样品在真空内，因此不适用于观察活体生物样本，SNOM通过与样品表面十分接近(约几纳米)的光纤探针对样品逐点扫描而获得图像，即将激光耦合进探针，以近场的方式照射样品。SNOM成像时间较长，对需要实时观测的应用场景不适用。荧光显微镜常用于生物成像，荧光显微成像技术是通过探测被一定频率的光激发时样品发出的荧光而实现的。该方法面临的主要问题是光漂白，即在光的照射下荧光物质的荧光强度随时间推移而逐渐减弱，因此光照射时间只能限制在几十秒内；而且荧光显微成像要求用荧光分子标记目的蛋白，对蛋白本身是一种伤害，并且一次只能对一种蛋白成像。共聚焦显微镜和固体浸没透镜也可以提高成像质量与分辨率，但两者都是传统显微镜，未能突破衍射极限，分辨率有时不能达到要求。
针对上列需求和现实存在的问题，本发明提供了一种结构简单，放大倍率可调以及操作便捷的超分辨率显微镜系统，包括一种基于可调微液滴透镜的便携式超分辨率显微装置。达到的分辨率已经可用于为生物医学中常见病毒、及部分致病菌溶液的检测和诊断，以及结合后续图像处理算法及机器学习算法可以用于后续远程医疗、共同会诊等需求。
本发明针对传统光学显微镜存在衍射极限、电子显微镜对使用条件的要求苛刻等缺陷，提出基于光学显微镜与可调放大倍率的微液滴组合的显微装置及进一步的图像增强显示处理算法，并可借助于智能手机等显示平台诊断实现数据的显示、存储与远传等功能。本发明可以方便、快捷地针对生物医学检测样本进行直观的增强显示。本装置及其增强显示处理算法前景广阔，具有普遍的实用价值。可用于远程医疗诊断或者数据共享至医疗数据库，以便于专家会诊以及进一步的决策制定及诊断方案的计划。
附图说明
附图1是本发明的显微成像装置结构图。
图中：1手机摄像头；1a图像传感器；1b传感器透镜组；2显微镜套筒；3智能手机；4透镜；5待测样本；6样本载玻片；7大小可调节的微液滴透镜；8精密调焦平移台；9液相微量注射器；M光学显微镜及观测组件；N放大倍数及焦距可调节组件；O待测样本：P光源；
具体实施方式
图1示出了本发明装置结构示意图，智能手机3可以是具有Android，ios或windowsphone操作系统的具有内置摄像头模块的移动设备。其中所属显微镜套筒构造成以所述照明光源P的照明路径内对齐的方式容纳所述智能手机摄像头1、透镜4、微液滴7与待测样本5处于同一光路。
在进行显微成像时，将制备好的待检测样本5置于载玻片6上，在液相微量注射器9中注入制备好的柴油乳浊液，滴取少量微液滴7于待观测样本5之上。将载玻片放于所述精密调焦平移台8中夹持。可对所述平移台进行上下调节进而调节焦距直至在显微镜观测平台中出现清晰可见的像。
一种用于图像的增强显示，存储和传输的方法，该图像从具有内置摄像头的光学显微成像装置获得，该系统包括：
光学显微镜及观测组件M、放大倍数及焦距可调节组件N、待检测样本模块O和光源P。
其中，在观测平台上执行的编程方法可用于对图像进行显示以及进一步处理。
本设备的进一步的用于远程医疗诊断或者数据共享至医疗数据库，以便于专家会诊以及进一步的决策制定及诊断方案的计划。
Claims (4)
1.一种微液滴透镜的超分辨率显微成像装置，其特征在于括光学显微镜及观测组件、放大倍数及焦距可调节组件、待检测样本模块和光源；
所述的光学显微镜及观测组件由智能手机摄像头、显微镜套筒、智能手机、透镜组成，其中所述显微镜套筒包括以照明光源的照明路径内对齐的方式容纳所述智能手机摄像头、透镜、微液滴与待测样本处于同一光路；
所述的放大倍数及焦距调节组件由液相微量注射器、精密调焦平移台与微液滴组成；
所述的待检测样本模块是将待检测样本放置于载玻片之上；
所述的光源由400nm波段可见光LED构成。
2.根据权利要求1所述的超分辨率显微成像装置，其特征在于：所述的光学显微镜及观测组件M是便携式的智能手机显微镜或其他带有观测显示平台的光学显微镜。
3.根据权利要求1或2所述的超分辨率显微成像装置，其特征在于：所述可调微液滴透镜由柴油乳浊液配制而成，通过采用不同进液量的液相微量注射器进行微液滴体积调节，从而调节放大倍数；所述精密调焦平移台调整上下距离进而精密调节系统焦距。
4.采用权利要求1-3任一所述的超分辨率显微成像装置进行图像的增强、显示、存储和传输的方法，图像从具有内置摄像头的光学显微成像装置获得，在智能手机上执行的编程方法对图像进行增强显示。
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