CN117451683B - 超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪 - Google Patents

超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪 Download PDF

Info

Publication number
CN117451683B
CN117451683B CN202311760546.2A CN202311760546A CN117451683B CN 117451683 B CN117451683 B CN 117451683B CN 202311760546 A CN202311760546 A CN 202311760546A CN 117451683 B CN117451683 B CN 117451683B
Authority
CN
China
Prior art keywords
excitation light
optical fiber
converging
lens
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311760546.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117451683A (zh
Inventor
梁倩
陈龙超
王谷丰
赵陆洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Sailu Medical Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Sailu Medical Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Sailu Medical Technology Co ltd filed Critical Shenzhen Sailu Medical Technology Co ltd
Priority to CN202311760546.2A priority Critical patent/CN117451683B/zh
Publication of CN117451683A publication Critical patent/CN117451683A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117451683B publication Critical patent/CN117451683B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N21/6458—Fluorescence microscopy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6869—Methods for sequencing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
    • G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6463—Optics
    • G01N2021/6478—Special lenses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6484—Optical fibres

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪。该系统包括照明模块、分光镜、物镜、待测样品、成像模块和图像处理模块。照明模块包括用于将光源发出的激发光分为第一激发光和第二激发光的光纤分束组件和用于分别汇聚第一激发光和第二激发光的汇聚组件。汇聚组件沿着第一激发光和第二激发光形成的中心对称线旋转，在待测样品面上切换产生不同方向、不同相位的结构光干涉条纹。本申请在样品面上形成结构光干涉条纹，避免衍射分光带来的光能损失，能量利用率较高，无需大功率激光器，成本较低。本申请还可改变汇聚组件内器件的焦距、物镜的焦距、第一激发光及第二激发光出射的发散角，调节照明模块照射待测样品的照明面积。

Description

超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪
技术领域
本申请涉及基因测序技术领域，特别涉及一种超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪。
背景技术
基因测序仪在测序过程中需要对ATCG四种碱基分别进行荧光成像，由于检测的每个目标点都在亚微米尺度范围，因此需要借助“超分辨”的光学手段来实现检测目的。所谓的“超分辨”，就是超过光学系统的衍射极限。现有的主流三大超分辨技术，分别为受激辐射损耗（Stimulated Emission Depletion，STED），荧光光敏定位显微镜（ FluorescencePhotoactivation Localization Microscopy, FPALM）以及结构光照明超分辨显微镜（Structured Illumination Microscopy, SIM）。其中STED需要用高功率的激光来抑制非目标区的荧光信号，该方式虽然能实现超分辨，但是由于功率太高，不可避免的会损伤待测样本，因此不适合用于基因测序仪。
FPALM是一种采用时间换空间的方式，让荧光蛋白随机点亮，从而使得原本无法区分的两个荧光分子，由于发光时间的不一致，通过分别采集信号的方式实现区分，最终将多次采集的图像重建后得到一幅超分辨图像。该方式需要采集上千幅图像才能完整的检测到所有的荧光分子，耗时较长，也不适合应用在基因测序仪上。
最可能用于基因测序仪的超分辨技术为SIM，该方法利用摩尔条纹的原理，即两个高频信息的叠加后为低频信息，从而使原来无法通过物镜的高频信息能被光学系统所接收，达到提高分辨率的作用。然而，常规的结构光照明超分辨显微镜虽然能提高显微系统的2倍分辨率，但激发光能损失严重，会造成大量的能量浪费，为了达到工作的功率要求，就需要较大功率的激光器，器件成本较高。另外，常规的结构光照明超分辨系统受限于衍射器件面阵的大小，照明面积很难提升，从而影响了基因测序仪的检测效率。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。为此，本申请的目的在于提供一种超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪。
本申请提供一种超分辨显微成像系统。所述超分辨显微成像系统包括照明模块、分光镜、物镜、待测样品、成像模块和图像处理模块。所述照明模块用于发出激发光。所述照明模块包括光源、光纤分束组件和汇聚组件，所述光源用于发射出激发光，所述光源与所述光纤分束组件连接，所述光纤分束组件用于将所述激发光分束为第一激发光和第二激发光；所述汇聚组件设有两个光纤接口，所述光纤分束组件分别通过两个所述光纤接口与所述汇聚组件连接。所述汇聚组件用于通过两条汇聚支路分别汇聚所述第一激发光和第二激发光。所述汇聚组件可沿着所述第一激发光和所述第二激发光形成的中心对称线旋转，以在待测样品面上切换产生不同方向、不同相位的结构光干涉条纹。所述分光镜位于所述激发光的光路上，用于改变所述激发光的传播方向以照射到待测样品上。所述物镜位于所述激发光的光路上，用于汇聚所述第一激发光及所述第二激发光至所述待测样品上，以在所述待测样品面上形成结构光干涉条纹，所述待测样品面为所述物镜的焦面。所述待测样品设置在所述激发光的光路上且位于所述物镜下游，用于接收所述激发光以产生荧光，所述荧光被所述物镜收集经过所述分光镜。所述成像模块位于所述荧光的光路上且位于所述分光镜下游，用于接收所述荧光并根据不同方向、不同相位的所述结构光干涉条纹形成待测样品的多个荧光图像。所述图像处理模块与所述成像模块连接，用于接收所述多个荧光图像并根据所述多个荧光图像通过预设算法重建成一个超分辨图像。
如此，本申请的成像系统可以在样品面上形成结构光干涉条纹，避免衍射分光带来的光能损失，能量利用率较高，无需大功率的激光器，成本较低。另外，本申请可改变汇聚组件内器件的焦距、物镜的焦距、第一激发光及第二激发光出射的发散角，灵活调节照明模块照射在待测样品上的照明面积。
在某些实施方式中，所述光纤分束组件包括第一光纤、光纤分束器、第二光纤和第三光纤。所述光源通过所述第一光纤与所述光纤分束器连接，所述光纤分束器分别通过所述第二光纤和所述第三光纤与所述汇聚组件连接；所述光纤分束器用于将所述第一光纤发出的激发光等比例地分束为经过第二光纤的第一激发光和经过第三光纤的第二激发光；所述第二光纤和所述第三光纤分别通过两个光纤接口与所述汇聚组件连接。
如此，本申请的照明模块可以通过光纤分束组件将光源发出的激发光分束为第一激发光和第二激发光，从而可以在待测样品面上形成结构光干涉条纹。
在某些实施方式中，所述汇聚组件包括沿物镜光轴对称设置的第一汇聚模组和第二汇聚模组。所述第一汇聚模组包括第一准直透镜和第一汇聚透镜，所述第一准直透镜用于准直由经过所述第二光纤的光纤接口发出的所述第一激发光，所述第一汇聚透镜用于汇聚及发散经过所述第一准直透镜准直后的所述第一激发光，所述第一准直透镜与所述第一汇聚透镜形成第一汇聚支路。所述第二汇聚模组包括第二准直透镜和第二汇聚透镜，所述第二准直透镜用于准直经过由所述第三光纤的光纤接口发出的所述第二激发光，所述第二汇聚透镜用于汇聚经过所述第二准直透镜准直后的所述第二激发光，所述第二准直透镜与所述第二汇聚透镜形成第二汇聚支路。
如此，本申请的超分辨显微成像系统能够通过第一汇聚透镜汇聚经过第一准直透镜准直后的第一激发光形成第一汇聚支路，以及通过第二汇聚透镜汇聚经过第二准直透镜准直后的第二激发光形成第二汇聚支路，第一激发光通过第一汇聚透镜的焦点后逐渐发散，第二激发光通过第二汇聚透镜的焦点后逐渐发散，第一汇聚透镜的焦点和第二汇聚透镜的焦点处位于物镜的后焦面上，两束发散光被物镜准直成平行光，以使经第一汇聚支路的第一激发光和经第二汇聚支路的第二激发光被物镜准直成两束传播方向不同的平行光，分别为第一激发光和第二激发光，并在物镜的前焦面处干涉，在待测样品面上形成结构光干涉条纹。
在某些实施方式中，所述第一汇聚模组还包括设置在所述第一准直透镜和第一汇聚透镜之间的第一相位延迟器和/或位于所述第一准直透镜与所述第一相位延迟器之间的第一偏振旋转器，所述第一相位延迟器用于改变所述第一激发光的相位，使所述待测样品面上形成具有不同相位的结构光干涉条纹；所述第一偏振旋转器用于改变第一激发光的相位使所述第一激发光的偏振态与所述第二激发光的偏振态相同。
如此，本申请的超分辨显微成像系统可以通过设置在第一准直透镜和第一汇聚透镜之间的第一相位延迟器，可以改变第一激发光的相位，在待测样品面上形成具有不同相位的结构光干涉条纹。另外，本申请的超分辨显微成像系统还可以通过设置第一准直透镜与所述相位延迟器之间的第一偏振旋转器，改变第一激发光的相位使第二激发光的偏振态与第一激发光的偏振态相同。
在某些实施方式中，所述第二汇聚模组还包括设置在所述第二准直透镜和第二汇聚透镜之间的第二相位延迟器和/或位于所述第二准直透镜与所述第二相位延迟器之间的偏振旋转器，所述第二相位延迟器用于改变所述第二激发光的相位，使所述待测样品面上形成具有不同相位的结构干涉条纹；所述第二偏振旋转器用于改变第二激发光的相位使所述第二激发光的偏振态与所述第一激发光的偏振态相同。
如此，本申请的超分辨显微成像系统可以通过设置在第二准直透镜和第二汇聚透镜之间的第二相位延迟器，可以改变第二激发光的相位，在待测样品面上形成具有不同相位的结构光干涉条纹。另外，本申请的超分辨显微成像系统还可以通过设置第二准直透镜与所述相位延迟器之间的第二偏振旋转器，改变第二激发光的相位使第二激发光的偏振态与第一激发光的偏振态相同。
在某些实施方式中，所述第二光纤的光纤接口、所述第三光纤的光纤接口、所述第一准直透镜、所述第二准直透镜、所述第一汇聚透镜、所述第二汇聚透镜、所述第一相位延迟器、所述第二相位延迟器、所述第一偏振旋转器及所述第二偏振旋转器固定在所述汇聚组件中。所述第二光纤的光纤接口、所述第三光纤的光纤接口、所述第一准直透镜、所述第二准直透镜、所述第一汇聚透镜、所述第二汇聚透镜、所述第一相位延迟器、所述第二相位延迟器、所述第一偏振旋转器及所述第二偏振旋转器随着所述汇聚组件旋转而旋转。
如此，本申请的超分辨显微成像系统可以通过汇聚组件旋转，带动固定在汇聚组件中的所述第二光纤和第三光纤对应的光纤接口、第一准直透镜、第二准直透镜、第一汇聚透镜、第二汇聚透镜、第一相位延迟器、第二相位延迟器、第一偏振旋转器及第二偏振旋转器旋转，由此可以切换不同方向的结构光干涉条纹，在待测样品面上产生多种条纹方向不同的结构光，对三方向和三相位的结构光形成的荧光图像进行图像重建得到超分辨图像，可以提高超分辨显微成像系统的成像分辨率。
在某些实施方式中，所述第一准直透镜与所述第二准直透镜的焦距相等。所述第一汇聚透镜与所述第二汇聚透镜的焦距相等。所述照明模块发出的所述激发光照射在所述待测样品上的照明面积与所述准直透镜的焦距、所述汇聚透镜的焦距、所述物镜的焦距及所述第二光纤和所述第三光纤出光的发散角相关。
如此，本申请的超分辨显微成像系统的第一准直透镜和第二准直透镜的焦距相等，以及第一汇聚透镜与第二汇聚透镜的焦距相等，以使照明模块可以射出两条相同的激发光。此外，本申请可以通过调整准直透镜的焦距、汇聚透镜的焦距、物镜的焦距和第二光纤和第三光纤出光的发散角中的任意一个或多个，增加或减小照明模块发出的激发光照射在待测样品上的照明面积，超分辨显微成像系统的照明面积可以灵活调节。
在某些实施方式中，入射至所述物镜的所述第一激发光和所述第二激发光由所述物镜的边缘孔径入射，且所述第一激发光和所述第二激发光各自的光轴与所述物镜的光轴之间的距离相同，且三个光轴位于同一平面上。
如此，本申请的超分辨显微成像系统入射至物镜的第一激发光和第二激发光可以由物镜的边缘孔径入射，以第一激发光和第二激发光各自的光轴与物镜的光轴之间的距离相同，三个光轴位于同一平面上，保证第一激发光和第二激发光在经物镜汇聚后能够在待测样品的物面上干涉形成结构光干涉条纹。
本申请还提供一种待测样品的成像方法，应用上述实施方式中所述的超分辨显微成像系统。所述待测样品的成像方法包括：控制所述照明模块的所述光源发出激发光及经过所述光纤分束组件将所述激发光分束形成所述第一激发光和所述第二激发光，及控制可旋转变化的所述汇聚组件向预设方向旋转预设角度以形成多个方位且相位不同的所述第一激发光和所述第二激发光；获取经过所述汇聚组件发射出的多个方位且相位不同的所述第一激发光和所述第二激发光激发所述待测样品产生荧光，在所述成像模块上接收所述荧光并根据不同方向、不同相位的结构光干涉条纹形成所述待测样品的多个荧光图像；通过图像处理模块接收多个所述荧光图像并根据多个方位的所述荧光图像通过预设算法重建成一个超分辨图像。
如此，本申请的成像系统可以在待测样品面上形成结构光干涉条纹，避免衍射分光带来的光能损失，能量利用率较高，无需大功率的激光器，成本较低。另外，本申请可改变汇聚组件内器件的焦距、物镜的焦距、第一激发光及第二激发光出射的发散角，灵活调节照明模块照射在待测样品上的照明面积。
本申请还提供一种基因测序仪。所述基因测序仪包括上述实施方式中所述的超分辨显微成像系统。
如此，本申请的基因测序仪的超分辨显微成像系统可以在待测样品面上形成结构光干涉条纹，避免衍射分光带来的光能损失，能量利用率较高，无需大功率的激光器，成本较低。另外，本申请可改变汇聚组件内器件的焦距、物镜的焦距、第一激发光及第二激发光出射的发散角，灵活调节照明模块照射在待测样品上的照明面积。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请某些实施方式中的超分辨显微成像系统的结构示意图；
图2是本申请某些实施方式中的超分辨显微成像系统的结构光照明光路之一；
图3是本申请某些实施方式中的汇聚组件沿物镜的光轴方向的截面图；
图4是本申请某些实施方式中的超分辨显微成像系统的结构光照明光路之二；
图5是相关技术中普通宽场显微成像的频域图；
图6是本申请某些实施方式中的超分辨显微成像系统的结构光照明超分辨成像的频域扩展示意图；
图7是本申请某些实施方式中的待测样品成像方法的流程图；
图8是本申请某些实施方式中的成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
基因测序仪在测序过程中需要对ATCG四种碱基分别进行荧光成像，由于检测的每个目标点都在亚微米尺度范围，因此基因测序仪不可避免的采用显微成像的方式才能实现检测目的。基因测序仪的一个重要的指标是芯片上的点密度，这决定了一张芯片上的数据量，同时也决定了单位数据的产出成本。由于点密度高低对单位面积所用试剂量的差异不大，因此点密度越高，检测成本越低。
高密度的芯片需要配合更高分辨率的显微系统。但是传统的宽场显微镜系统存在衍射极限，分辨率一般最高在200nm附近。为了获得更高的分辨率，从而适用于更高的芯片点密度，就需要借助“超分辨”的光学手段来实现。
所谓的“超分辨”，就是超过光学系统的衍射极限。结构光照明超分辨显微镜（Structured Illumination Microscopy，SIM）术是一种目前常用的超分辨显微技术。SIM的照明不同于宽场显微镜的面照明，是用正弦条纹光照明样品。之后根据使用场景来决定照明条纹需要旋转的方向。如果是常规应用，条纹需要按照120°的间隔旋转三个方向，每个方向三个相位，共拍摄9幅图，以满足二维各向同性的分辨率提升。但是对应基因测序的阵列芯片，如果芯片上的阵列是正交排布。则条纹方向只要满足正交（条纹方向间隔90°）的两个方向即可。每个方向拍摄三个相位，6幅图就能满足两倍分辨率的提升。
虽然传统的SIM能提高2倍的分辨率，但激发光能损失严重，因此会造成大量的能量浪费，为了达到工作的功率要求，就需要较大功率的激光器，器件成本较高。另外，常规的结构光照明超分辨系统受限于衍射器件面阵的大小，照明面积很难提升，从而影响了基因测序仪的检测效率。
有鉴于此，请参阅图1和图2，本申请提供一种超分辨显微成像系统100。超分辨显微成像系统100包括照明模块10、分光镜30、待测样品50、物镜70、成像模块90和图像处理模块80。
照明模块10用于发出激发光11，照明模块10包括光源12、光纤分束组件13和汇聚组件14。光源12用于发射出激发光11，光源12与光纤分束组件13连接，光纤分束组件13用于将激发光分束为第一激发光111和第二激发光113。光源12可以是激光发射器。
汇聚组件14设有两个光纤接口15。光纤分束组件13分别通过两个光纤接口15与汇聚组件14连接。汇聚组件14用于通过两条汇聚支路分别汇聚第一激发光111和第二激发光113。汇聚组件14可沿着第一激发光111和第二激发光113形成的中心对称线143旋转，以在待测样品面51上切换产生不同方向的结构光干涉条纹。
分光镜30位于激发光11的光路上，用于改变激发光11的传播方向以照射到待测样品50上。分光镜30可以为二向色镜。也即是，在照明模块10发出激发光11时，二向色镜可以将激发光11反射至物镜70，以使激发光11被物镜70汇聚至待测样品50上，在待测样品面51即物镜70的焦面73上形成结构光干涉条纹。待测样品50在结构光干涉条纹激发照明下产生荧光，荧光可以被物镜70收集，透过二向色镜入射至成像模块90，以使成像模块90接收荧光并根据不同方向及不同相位的结构光干涉条纹形成待测样品50的多个荧光图像。其中，待测样品50可以为测序芯片。
物镜70位于激发光11的光路上，用于汇聚第一激发光111及第二激发光113至待测样品50上，以在待测样品面51上形成结构光干涉条纹，待测样品面51为物镜70的焦面73，图2中焦面73在物镜70的激发光出射的前方，因此焦面73也可以称之为前焦面。待测样品50设置在激发光11的光路上且位于物镜70下游，用于接收激发光11以产生荧光，荧光被物镜70收集，透过分光镜30入射至成像模块90。
成像模块90位于荧光的光路上且位于分光镜30下游，用于接收荧光并根据不同方向的结构光干涉条纹形成待测样品50的多个荧光图像。成像模块90可以包括筒镜、滤光片、相机等。
图像处理模块80与成像模块90连接，用于根据多个荧光图像通过预设算法重建成一个超分辨图像。预设算法例如可以为迭代算法或其他算法，在此不做限制。
详细地，如图2所示，两个光纤接口15可以分别为第二光纤135的光纤接口151和第三光纤137的光纤接口153。光源12通过将光纤分束组件13接通至第二光纤135的光纤接口151与汇聚组件14连接，同时光源12通过将光纤分束组件13接通至第三光纤137的光纤接口153与汇聚组件14连接，以通过汇聚组件14的两条汇聚支路分别对光源12发出的第一激发光111和光源12发出的第二激发光113进行汇聚，再通过物镜70汇聚第一激发光111及第二激发光113至待测样品50上，以在待测样品面51上形成结构光干涉条纹。
在对待测样品50进行测序时，光源12分别发射第一激发光111和第二激发光113，此时汇聚组件14可以沿着第一激发光111和第二激发光113形成的中心对称线143顺时针或逆时针旋转，可以使第一激发光111和第二激发光113在待测样品面51即物镜70的焦面73上干涉形成不同方向的结构光干涉条纹。也即是，第一激发光111经过汇聚组件14的第一汇聚支路141汇聚作用后，和第二激发光113经汇聚组件14的第二汇聚支路142汇聚作用后，分别入射至分光镜30。然后，分光镜30将第一激发光111和第二激发光113朝待测样品50的方向反射，此时被分光镜30反射的第一激发光111和第二激发光113通过位于激发光11光路上的物镜70后汇聚，照射到待测样品面51上形成不同方向结构光干涉条纹。之后，待测样品50在结构光干涉条纹的激发照明下产生荧光，此时待测样品50产生的荧光被物镜70接收后透过分光镜30入射至位于荧光的光路上且位于分光镜30下游的成像模块90，此时位于荧光的光路上且位于分光镜30下游的成像模块90接收荧光并根据三条纹方向的结构光干涉条纹形成待测样品50的多个荧光图像，并通过图像处理模块80接收多个荧光图像并根据多个荧光图像通预设算法重建成一个超分辨图像。
可以理解地，本申请的汇聚组件14可沿着第一激发光111和第二激发光113形成的中心对称线143旋转，可以在待测样品面51上切换产生三条纹方向的结构光形成三条纹方向的结构光干涉条纹，进而在成像模块90中切换产生不同方向的结构光干涉条纹，避免衍射分光带来的光能损失，使得在待测样品面51上的能量利用率接近100%。
如此，本申请的超分辨显微成像系统100可以在待测样品面51上形成结构光干涉条纹，避免衍射分光带来的光能损失，能量利用率较高，无需大功率的激光器，成本较低。另外，本申请可改变汇聚组件14内器件的焦距、物镜70的焦距、第一激发光111及第二激发光113出射的发散角，灵活调节照明模块10照射在待测样品50上的照明面积。
在本申请的某些实施方式中，光纤分束组件13包括第一光纤131、光纤分束器133、第二光纤135和第三光纤137。光源12通过第一光纤131与光纤分束器133连接，光纤分束器133分别通过第二光纤135和第三光纤137与汇聚组件14连接。光纤分束器133用于将第一光纤131发出的激发光等比例地分束为经过第二光纤135的第一激发光111和经过第三光纤137的第二激发光113。第二光纤135和第三光纤137分别通过两个光纤接口与汇聚组件14连接。
其中，第一光纤131、第二光纤135和第三光纤137可以为保偏光纤。光纤分束器133将激发光等比例地分束，即比例为1:1，光纤分束器133可以平均地将激发光分为第一激发光111和第二激发光113，第一激发光111和第二激发光113分别通过第二光纤135和第三光纤137输送至汇聚组件14上的不同光纤接口。
详细地，在本申请的某些实施方式中，汇聚组件14包括沿物镜70的光轴72对称设置的第一汇聚模组145和第二汇聚模组147。第一汇聚模组145包括第一准直透镜1451和第一汇聚透镜1453。第一准直透镜1451用于准直通过第二光纤135的光纤接口151发出的第一激发光111。第一汇聚透镜1453用于汇聚经过第一准直透镜1451准直后的第一激发光111。第一准直透镜1451与第一汇聚透镜1453形成第一汇聚支路141。第二汇聚模组147包括第二准直透镜1471和第二汇聚透镜1473。第二准直透镜1471用于准直经过第三光纤137的光纤接口153发出的第二激发光113。第二汇聚透镜1473用于汇聚经过第二准直透镜1471准直后的第二激发光113。第二准直透镜1471与第二汇聚透镜1473形成第二汇聚支路142。
具体地，如图2所示，在光源12经第二光纤135的光纤接口151发出第一激发光111时，第一激发光111经第一准直透镜1451与第一汇聚透镜1453形成的第一汇聚支路141汇聚，通过第一汇聚透镜1453的焦点后逐渐发散，第一汇聚透镜1453的焦点处位于物镜70的后焦面71上，发散光被物镜70准直成平行光。
在光源12经第三光纤137的光纤接口153发出第二激发光113时，第二激发光113经第二准直透镜1471与第二汇聚透镜1473形成的第二汇聚支路142后发散汇聚，通过第二汇聚透镜1473的焦点后逐渐发散，第二汇聚透镜1473的焦点处位于物镜70的后焦面71上，发散光被物镜70准直成平行光。
在发散后的第一激发光111被物镜70准直成相对于物镜70的光轴72具有一定入射角度的平行的第一激发光111，以及发散后的第二激发光113被物镜70准直成相对于物镜70的光轴72具有一定入射角度的平行的第二激发光113后，平行的第一激发光111和平行的第二激发光113在物镜70的前焦面73干涉，以在待测样品面51上形成结构光干涉条纹。也即是，两束经过物镜70的平行光在物镜70的前焦面73处发生干涉，即在待测样品面51上形成结构光干涉条纹。
如此，本申请的超分辨显微成像系统100能够通过第一汇聚透镜1453汇聚经过第一准直透镜1451准直后的第一激发光111形成第一汇聚支路141，以及通过第二汇聚透镜1473汇聚经过第二准直透镜1471准直后的第二激发光113形成第二汇聚支路142，以使经第一汇聚支路的第一激发光111和经第二汇聚支路的第二激发光113被物镜70准直成两束传播方向不同的平行光。之后，第一激发光111和第二激发光113两束平行光在物镜70的前焦面73干涉，在待测样品面51上形成结构光干涉条纹。
请参阅图2，在某些实施方式中，第一汇聚模组145还包括设置在第一准直透镜1451和第一汇聚透镜1453之间的第一相位延迟器148和/或位于第一准直透镜1451与第一相位延迟器1481之间的第一偏振旋转器1491。其中，第一汇聚模组145包括第一相位延迟器1481和/或第一偏振旋转器1491的情况包括以下几种情况：第一汇聚模组145仅包括第一相位延迟器1481，或第一汇聚模组145仅包括第一偏振旋转器1491，或第一汇聚模组145包括第一相位延迟器1481和第一偏振旋转器1491。
第一相位延迟器1481用于改变第一激发光111的相位，使待测样品面51上形成具有不同相位的结构光干涉条纹。也即是，第一相位延迟器1481可以设置在第一准直透镜1451和第一汇聚透镜1453之间，并位于第一汇聚支路。在第一激发光111经第一准直透镜1451准直成平行的第一激发光111后，第一激发光111入射至过第一相位延迟器148，此时第一相位延迟器1481可以改变第一激发光111的相位，以在待测样品面51上形成具有不同相位的结构光干涉条纹，例如此时可以在待测样品面51上形成0°、120°或240°三种相位角度不同的结构光干涉条纹，其中三种相位角度还可以为其它数值，在此不做限制。
第一偏振旋转器1491用于改变第一激发光111的相位使第一激发光111的偏振态与第二激发光113的偏振态相同。第一偏振旋转器1491例如可以为半波片或者其他器件，在此不做限制。
如此，本申请的超分辨显微成像系统100可以通过设置在第一准直透镜1451和第一汇聚透镜1453之间的第一相位延迟器1481，可以改变第一激发光111的相位，在待测样品面51上形成具有不同相位的结构光干涉条纹。
除了可以在第一汇聚模组145内设置第一相位延迟器1481或第一偏振旋转器1491，改变第一激发光111的相位外，也可以在第二汇聚模组147内设置第二相位延迟器1482或第二偏振旋转器1492，改变第二激发光113的相位。
具体地，请参阅图2，在某些实施方式中，第二汇聚模组147还包括设置在第二准直透镜1471和第二汇聚透镜1473之间的第二相位延迟器1482和/或位于第二准直透镜1471与第二相位延迟器1482之间的第二偏振旋转器1492。其中，第二汇聚模组147包括第二相位延迟器1482和/或第二偏振旋转器1492的情况包括以下几种情况：第二汇聚模组147仅包括第二相位延迟器1482，或第二汇聚模组147仅包括第二偏振旋转器1492，或第二汇聚模组147包括第二相位延迟器1482和第二偏振旋转器1492。
第二相位延迟器1482用于改变第二激发光113的相位，使待测样品面51上形成具有不同相位的结构光干涉条纹。也即是，第二相位延迟器1481可以设置在第二准直透镜1471和第二汇聚透镜1473之间，并位于第二汇聚支路142。在第二激发光113经第二准直透镜1471准直成平行的第二激发光113后，第二激发光113入射至过第二相位延迟器1481，此时第二相位延迟器1482可以改变第二激发光113的相位，以在待测样品面51上形成具有不同相位的结构光干涉条纹，即此时可以在待测样品面51上形成0°、120°或240°的干涉条纹。
第二偏振旋转器1492用于改变第二激发光113的相位使第二激发光113的偏振态与第二激发光113的偏振态相同。第二偏振旋转器1492例如可以为半波片或者其他器件，在此不做限制。
如此，本申请的超分辨显微成像系统100可以通过设置在第二准直透镜1471和第二汇聚透镜1473之间的第二相位延迟器1481，可以改变第二激发光113的相位，在待测样品面51上形成具有不同相位的结构光干涉条纹。
在某些实施方式中，第二光纤135的光纤接口151、第三光纤137的光纤接口153、第一准直透镜1451、第二准直透镜1471、第一汇聚透镜1453、第二汇聚透镜1473、第一相位延迟器1481、第二相位延迟器1482、第一偏振旋转器1491及第二偏振旋转器1492固定在汇聚组件14中。两个光纤接口15、第一准直透镜1451、第二准直透镜1471、第一汇聚透镜1453、第二汇聚透镜1473、第一相位延迟器1481、第二相位延迟器1482、第一偏振旋转器1491及第二偏振旋转器1492随着汇聚组件14旋转而旋转。
具体地，第二光纤135的光纤接口151、第三光纤137的光纤接口153、第一准直透镜1451、第二准直透镜1471、第一汇聚透镜1453、第二汇聚透镜1473、第一相位延迟器1481、第二相位延迟器1482、第一偏振旋转器1491及第二偏振旋转器1492均可以通过卡合或螺接的方式固定在汇聚组件14中。
在对待测样品50进行测序时，汇聚组件14可以沿着第一激发光111和第二激发光113形成的中心对称线143顺时针或逆时针旋转，带动第二光纤135的光纤接口151、第三光纤137的光纤接口153、第一准直透镜1451、第二准直透镜1471、第一汇聚透镜1453、第二汇聚透镜1473、第一相位延迟器1481、第二相位延迟器1482、第一偏振旋转器1491和第二偏振旋转器1492旋转，以使第一激发光111和第二激发光113的光路分别位于不同位置在待测样品面51上形成不同方向的结构光干涉条纹，即如图3所示，可以通过旋转汇聚组件14，使得第一激发光111和第二激发光113的光路分别位于第一旋转位置A1、第二旋转位置A2和第三旋转位置A3，在待测样品50与第一旋转位置A1、第二旋转位置A2和第三旋转位置A3对应的物面51上形成结构光干涉条纹。
需要说明的是，如图5所示，图5的虚线范围为相关技术中的宽场显微成像系统100成像所能达到的频域。如图6所示，图6的虚线范围为本申请的三条纹方向、三相位的结构光超分辨显微成像系统100所能达到的频域范围。
可以理解地，相较于宽场成像系统，本文的超分辨成像系统的频域范围扩展一倍，因此，空间分辨率增加一倍。即本申请的超分辨显微成像系统100的成像分辨率比相关技术中的超分辨显微成像系统100的成像分辨率提高了一倍。
如此，本申请的超分辨显微成像系统100可以通过汇聚组件14旋转，带动固定在汇聚组件14中的第二光纤135的光纤接口151、第三光纤137的光纤接口153，第一准直透镜1451、第二准直透镜1471、第一汇聚透镜1453、第二汇聚透镜1473、第一相位延迟器1481、第二相位延迟器1482、第一偏振旋转器1491和第二偏振旋转器1492旋转，由此可以切换不同方向、不同相位的结构光干涉条纹，在待测样品面51上产生三条纹方向和三个不同相位的结构光，对三方向和三相位的结构光形成的荧光图像进行图像重建得到超分辨图像，可以提高超分辨显微成像系统100的成像分辨率。
在某些实施方式中，第一准直透镜1451与第二准直透镜1471的焦距相等。第一汇聚透镜1453与第二汇聚透镜1473的焦距相等。照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积与准直透镜的焦距、汇聚透镜的焦距、物镜70的焦距、第二光纤135及第三光纤137出光的发散角相关。
详细地，照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积可以通过下述公式1求得T后，将T的平方乘以π得到。公式1如下：
T=（f1*tanα）*（f3/f2）…………………………………公式1
其中，T表示超分辨显微成像系统100在物面51上的照明范围半宽；f1表示第一准直透镜1451或第二准直透镜1471的焦距；α表示第二光纤135和第三光纤137出光的半发散角；f2表示第一汇聚透镜1453或第二汇聚透镜1473的焦距；f3表示物镜70的焦距。
此时，得到照明模块10发出的激发光11照射在待测样品面51上的照明面积S，照明面积S=πT2。
如此，本申请的超分辨显微成像系统100中第一准直透镜1451和第二准直透镜1471的焦距相等，以及第一汇聚透镜1453与第二汇聚透镜1473的焦距相等，可以使照明模块10可以射出两条频率相同、振动方向相同，仅相位不同的激发光11，从而可以在待测样品面51上形成结构光干涉条纹。此外，本申请可以通过调整准直透镜的焦距、汇聚透镜的焦距、物镜70的焦距、第二光纤135和第三光纤137出光的发散角中的任意一个或多个，增加或减小照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积，因此超分辨显微成像系统100的照明面积调节可以较为灵活。也即是，例如，可以通过调整准直透镜的焦距、汇聚透镜的焦距、物镜70的焦距、第二光纤135和第三光纤137出光的发散角中的任意一个，增加或减小照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积，即在需要减小照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积时，本申请可以通过减小准直透镜的焦距，保持汇聚透镜的焦距、物镜70的焦距、第二光纤135和第三光纤137出光的发散角不变，以减小照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积。
在需要增加照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积时，本申请可以通过增大准直透镜的焦距，保持汇聚透镜的焦距、物镜70的焦距、第二光纤135和第三光纤137出光的发散角不变，以增加照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积。
又例如，可以通过调整准直透镜的焦距、汇聚透镜的焦距、物镜70的焦距、第二光纤135和第三光纤137出光的发散角中的任意二个，增加或减小照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积，即在需要减小照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积时，本申请可以通过减小物镜70的焦距和增大汇聚透镜的焦距，保持准直透镜的焦距、第二光纤135和第三光纤137出光的发散角不变，以减小照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积。
在需要增加照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积时，本申请可以通过增大物镜70的焦距和减小汇聚透镜的焦距，保持准直透镜的焦距、第二光纤135和第三光纤137出光的发散角不变，以增加照明模块10发出的激发光11照射在待测样品50上的照明面积。
请参阅图2，在某些实施方式中，入射至物镜70的第一激发光111和第二激发光113由物镜70的边缘孔径75入射，且第一激发光111和第二激发光113各自的光轴与物镜70的光轴72之间的距离相同，且三个光轴位于同一平面上。
具体地，第一光源12可以通过第二光纤135的光纤接口151与第一汇聚模组145连接。第一汇聚模组145可以设置在与物镜70第一端77的边缘孔径75相对应的位置上，以在第一光源12发出的第一激发光111经第一汇聚模组145汇聚后，可以由物镜70第一端77的边缘孔径75入射。第二光源13可以通过第三光纤137的光纤接口153与第二汇聚模组147连接，第二汇聚模组147可以设置在与物镜70第二端79的边缘孔径75相对应的位置上，以在第二光源13发出的第二激发光113经第二汇聚模组147汇聚后，可以由物镜70第二端79的边缘孔径75入射。
可以理解地，由于第一汇聚模组145设置在与物镜70第一端77的边缘孔径75相对应的位置上，以及第二汇聚模组147设置在与物镜70第二端79的边缘孔径75相对应的位置上，因此第一激发光111和第二激发光113各自的光轴与物镜70的光轴72之间的距离可以相同。另外，由于三个光轴均映射在待测样品面51上，因此三个光轴可以位于同一平面上。
如此，本申请的超分辨显微成像系统100入射至物镜70的第一激发光111和第二激发光113可以由物镜70的边缘孔径75入射，且第一激发光111和第二激发光113各自的光轴与物镜70的光轴72之间的距离相同，三个光轴位于同一平面上，可以保证第一激发光111和第二激发光113在经物镜70汇聚后能够在待测样品面51上干涉形成结构光干涉条纹。
请参阅图7，本申请还提供一种待测样品的成像方法，应用前文所述的超分辨显微成像系统100。待测样品的成像方法包括：
01：控制照明模块的光源发出激发光及经过光纤分束组件将激发光分束形成第一激发光和第二激发光，及控制可旋转变化的汇聚组件向预设方向旋转预设角度以形成多个方位且相位不同的第一激发光和第二激发光；
02：获取经过汇聚组件发射出的多个方位且不同相位的第一激发光和第二激发光激发待测样品产生荧光，在成像模块上接收荧光并根据不同方向、不同相位的结构光干涉条纹形成待测样品的多个方位的荧光图像；
03：通过图像处理模块接收多个荧光图像并根据多个方位的荧光图像通过预设算法重建成一个超分辨图像。
请参阅图8，本申请还提供一种成像装置200。成像装置包括控制模块210、荧光图像获取模块220和超分辨图像处理模块230。
步骤01可以由控制模块210实现。步骤02可以由荧光图像获取模块220实现。步骤03可以由超分辨图像处理模块230实现。也即是，控制模块210用于控制照明模块10的光源12发出激发光及经过光纤分束组件13将激发光分束形成第一激发光111和第二激发光113，及控制可旋转变化的汇聚组件14向预设方向旋转预设角度以形成多个方位且相位不同的第一激发光111和第二激发光113；荧光图像获取模块220用于获取经过汇聚组件14发射出的多个方位且相位不同的第一激发光和第二激发光激发待测样品50产生荧光，在成像模块90上接收荧光并根据不同方向、不同相位的结构光干涉条纹形成待测样品50的多个方位的荧光图像；超分辨图像处理模块230用于通过图像处理模块接收多个荧光图像并根据多个方位的荧光图像通过预设算法重建成一个超分辨图像。
具体地，首先，在需要对待测样品50进行测序时，控制照明模块10的光源12通过第二光纤135的光纤接口151发出激发光11形成第一激发光111，及通过第三光纤137的光纤接口153形成第二激发光113。此时，第一激发光111和第二激发光113经过可沿着第一激发光111和第二激发光113形成的中心对称线143旋转变化的汇聚组件14形成多个方位的第一激发光111和第二激发光113，此时多个方位的第一激发光111和第二激发光113经分光镜30反射后，被物镜70汇聚后在待测样品面51上形成三条纹方向的结构光干涉条纹，此时待测样品50在结构光干涉条纹的作用下产生荧光。
然后，荧光图像获取模块220获取成像模块90接收经物镜70收集后透过分光镜30的荧光，形成待测样品50的多个方位的荧光图像。最后，超分辨图像处理模块230根据多个方位的荧光图像重建成一个超分辨图像。
如此，本申请的待测样品的成像方法及成像装置200应用上述的超分辨显微成像系统100可以在待测样品面51上形成结构光干涉条纹，避免衍射分光带来的光能损失，能量利用率较高，无需大功率的激光器，成本较低。另外，本申请可改变汇聚组件14内器件的焦距、物镜70的焦距、第一激发光111及第二激发光113出射的发散角，灵活调节照明模块10照射在待测样品50上的照明面积。
本申请还提供一种基因测序仪。基因测序仪包括前文所述的超分辨显微成像系统100。具体的超分辨显微成像系统100如前文，在此不再赘述。
如此，本申请的基因测序仪的超分辨显微成像系统100可以在待测样品面51上形成结构光干涉条纹，避免衍射分光带来的光能损失，能量利用率较高，无需大功率的激光器，成本较低。另外，本申请可改变汇聚组件14内器件的焦距、物镜70的焦距、第一激发光111及第二激发光113出射的发散角，灵活调节照明模块10照射在待测样品上的照明面积，提升了基因测序仪的检测效率。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种超分辨显微成像系统，其特征在于，所述超分辨显微成像系统包括：
照明模块，所述照明模块用于发出激发光，所述照明模块包括光源、光纤分束组件和汇聚组件，所述光源用于发射出激发光，所述光源与所述光纤分束组件连接，所述光纤分束组件用于将所述激发光分束为第一激发光和第二激发光；所述汇聚组件设有两个光纤接口，所述光纤分束组件分别通过两个所述光纤接口与所述汇聚组件连接，所述汇聚组件用于通过两条汇聚支路分别汇聚所述第一激发光和第二激发光，所述汇聚组件可沿着所述第一激发光和所述第二激发光形成的中心对称线旋转，以在待测样品面上切换产生不同方向、不同相位的结构光干涉条纹；
所述光纤分束组件包括第一光纤、光纤分束器、第二光纤和第三光纤，所述光源通过所述第一光纤与所述光纤分束器连接，所述光纤分束器分别通过所述第二光纤和所述第三光纤与所述汇聚组件连接，所述光纤分束器用于将所述第一光纤发出的激发光等比例地分束为经过第二光纤的第一激发光和经过第三光纤的第二激发光，所述第二光纤和所述第三光纤分别通过两个光纤接口与所述汇聚组件连接；
所述汇聚组件包括沿物镜光轴对称设置的第一汇聚模组和第二汇聚模组，所述第一汇聚模组包括第一准直透镜和第一汇聚透镜，及设置在所述第一准直透镜和第一汇聚透镜之间的第一相位延迟器和/或位于所述第一准直透镜与所述第一相位延迟器之间的第一偏振旋转器，所述第二汇聚模组包括第二准直透镜和第二汇聚透镜，所述第一准直透镜用于准直由所述第二光纤的光纤接口发出的所述第一激发光，所述第一汇聚透镜用于汇聚经过所述第一准直透镜准直后的所述第一激发光，所述第一准直透镜与所述第一汇聚透镜形成第一汇聚支路，所述第二准直透镜用于准直由所述第三光纤的光纤接口发出的所述第二激发光，所述第二汇聚透镜用于汇聚经过所述第二准直透镜准直后的所述第二激发光，所述第二准直透镜与所述第二汇聚透镜形成第二汇聚支路，所述第一相位延迟器用于改变所述第一激发光的相位，使所述待测样品面上形成具有不同相位的结构光干涉条纹；所述第一偏振旋转器用于改变第一激发光的偏振方向使所述第一激发光的偏振态与所述第二激发光的偏振态相同；
分光镜，所述分光镜位于所述激发光的光路上，用于改变所述激发光的传播方向以照射到待测样品上；
物镜，位于所述激发光的光路上，用于汇聚所述第一激发光及所述第二激发光至所述待测样品上，以在所述待测样品面上形成结构光干涉条纹，所述待测样品面为所述物镜的焦面；
待测样品，设置在所述激发光的光路上且位于所述物镜下游，用于接收所述激发光以产生荧光，所述荧光被所述物镜收集经过所述分光镜；和
成像模块，位于所述荧光的光路上且位于所述分光镜下游，用于接收所述荧光并根据不同方向、不同相位的所述结构光干涉条纹形成待测样品的多个荧光图像；
图像处理模块，所述图像处理模块与所述成像模块连接，用于接收所述多个荧光图像并根据所述多个荧光图像通过预设算法重建成一个超分辨图像。
2.根据权利要求1所述的超分辨显微成像系统，其特征在于，所述第二汇聚模组还包括设置在所述第二准直透镜和第二汇聚透镜之间的第二相位延迟器和/或位于所述第二准直透镜与所述第二相位延迟器之间的第二偏振旋转器，所述第二相位延迟器用于改变所述第二激发光的相位，使所述待测样品面上形成具有不同相位的结构光干涉条纹；所述第二偏振旋转器用于改变第二激发光的相位使所述第二激发光的偏振态与所述第一激发光的偏振态相同。
3.根据权利要求2所述的超分辨显微成像系统，其特征在于，所述第二光纤的光纤接口、所述第三光纤的光纤接口、所述第一准直透镜、所述第二准直透镜、所述第一汇聚透镜、所述第二汇聚透镜、所述第一相位延迟器、所述第二相位延迟器、所述第一偏振旋转器及所述第二偏振旋转器固定在所述汇聚组件中，所述第二光纤的光纤接口、所述第三光纤的光纤接口、所述第一准直透镜、所述第二准直透镜、所述第一汇聚透镜、所述第二汇聚透镜、所述第一相位延迟器、所述第二相位延迟器、所述第一偏振旋转器及所述第二偏振旋转器随着所述汇聚组件旋转而旋转。
4.根据权利要求1所述的超分辨显微成像系统，其特征在于，所述第一准直透镜与所述第二准直透镜的焦距相等，所述第一汇聚透镜与所述第二汇聚透镜的焦距相等，所述照明模块发出的所述激发光照射在所述待测样品上的照明面积与所述准直透镜的焦距、所述汇聚透镜的焦距、所述物镜的焦距及所述第二光纤和所述第三光纤出光的发散角相关。
5.根据权利要求1所述的超分辨显微成像系统，其特征在于，入射至所述物镜的所述第一激发光和所述第二激发光由所述物镜的边缘孔径入射，且所述第一激发光和所述第二激发光各自的光轴与所述物镜的光轴之间的距离相同，且三个光轴位于同一平面上。
6.一种待测样品的成像方法，应用上述权利要求1至5任一项所述的超分辨显微成像系统，其特征在于，包括：
控制所述照明模块的所述光源发出激发光及经过所述光纤分束组件将所述激发光分束形成所述第一激发光和所述第二激发光，及控制可旋转变化的所述汇聚组件向预设方向旋转预设角度以形成多个方位且相位不同的所述第一激发光和所述第二激发光；
获取经过所述汇聚组件发射出的多个方位且相位不同的所述第一激发光和所述第二激发光激发所述待测样品产生荧光，在所述成像模块上接收所述荧光并根据不同方向、不同相位的结构光干涉条纹形成所述待测样品的多个方位的荧光图像；
通过图像处理模块接收多个所述荧光图像并根据多个方位的所述荧光图像通过预设算法重建成一个超分辨图像。
7.一种基因测序仪，其特征在于，所述基因测序仪包括权利要求1至权利要求5任一项所述的超分辨显微成像系统。
CN202311760546.2A 2023-12-20 2023-12-20 超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪 Active CN117451683B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311760546.2A CN117451683B (zh) 2023-12-20 2023-12-20 超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311760546.2A CN117451683B (zh) 2023-12-20 2023-12-20 超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117451683A CN117451683A (zh) 2024-01-26
CN117451683B true CN117451683B (zh) 2024-03-08

Family

ID=89582155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311760546.2A Active CN117451683B (zh) 2023-12-20 2023-12-20 超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117451683B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106124468A (zh) * 2016-06-20 2016-11-16 浙江大学 一种基于光激活及结构光照明的超分辨荧光显微方法及装置
CN107014793A (zh) * 2017-04-21 2017-08-04 浙江大学 一种基于双振镜双物镜多模式宽场超分辨显微成像系统
CN108121059A (zh) * 2017-11-18 2018-06-05 苏州国科医疗科技发展有限公司 一种基于结构光照明的sted并行显微成像系统
CN110596059A (zh) * 2019-09-05 2019-12-20 北京世纪桑尼科技有限公司 光学超分辨显微成像系统
CN215866392U (zh) * 2021-09-09 2022-02-18 深圳技术大学 一种超分辨荧光高光谱显微成像系统
CN114813673A (zh) * 2022-04-12 2022-07-29 深圳赛陆医疗科技有限公司 多通道超分辨基因检测仪及其检测方法
CN115291381A (zh) * 2022-05-31 2022-11-04 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种大视场高分辨率显微镜及其显微成像方法
CN115598820A (zh) * 2022-09-13 2023-01-13 浙江大学（Cn） 一种双物镜三维结构光照明超分辨显微成像装置与方法
CN117055203A (zh) * 2023-10-11 2023-11-14 深圳赛陆医疗科技有限公司 照明系统、成像系统和基因测序仪

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106124468A (zh) * 2016-06-20 2016-11-16 浙江大学 一种基于光激活及结构光照明的超分辨荧光显微方法及装置
CN107014793A (zh) * 2017-04-21 2017-08-04 浙江大学 一种基于双振镜双物镜多模式宽场超分辨显微成像系统
CN108121059A (zh) * 2017-11-18 2018-06-05 苏州国科医疗科技发展有限公司 一种基于结构光照明的sted并行显微成像系统
CN110596059A (zh) * 2019-09-05 2019-12-20 北京世纪桑尼科技有限公司 光学超分辨显微成像系统
CN215866392U (zh) * 2021-09-09 2022-02-18 深圳技术大学 一种超分辨荧光高光谱显微成像系统
CN114813673A (zh) * 2022-04-12 2022-07-29 深圳赛陆医疗科技有限公司 多通道超分辨基因检测仪及其检测方法
CN115291381A (zh) * 2022-05-31 2022-11-04 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种大视场高分辨率显微镜及其显微成像方法
CN115598820A (zh) * 2022-09-13 2023-01-13 浙江大学（Cn） 一种双物镜三维结构光照明超分辨显微成像装置与方法
CN117055203A (zh) * 2023-10-11 2023-11-14 深圳赛陆医疗科技有限公司 照明系统、成像系统和基因测序仪

Also Published As

Publication number Publication date
CN117451683A (zh) 2024-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2768075T3 (es) Técnica para la detección de imágenes tomográfica
US9989746B2 (en) Light microscope and microscopy method
CN102735617B (zh) 一种超分辨显微方法和装置
CN107356566B (zh) 宽场三维超高分辨定位和成像方法与装置
CN105051880B (zh) 用于在光学计量中提供照明的系统
CN105784653B (zh) 一种宽场超分辨荧光显微成像装置
CN102661938B (zh) 一种基于切向偏振光的受激发射损耗显微方法和装置
CN108957720B (zh) 受激辐射损耗光学显微镜及其照明系统
CN106124468B (zh) 一种基于光激活及结构光照明的超分辨荧光显微方法及装置
EP3032312B1 (en) Confocal scanner and confocal microscope
CN112798564B (zh) 随机光学重建与结构光照明复合超分辨成像系统
CN110907415B (zh) 一种基于并行探测的三维亚十纳米定位方法及装置
CN111879234B (zh) 基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法和装置
CN109632756A (zh) 一种基于并行光斑扫描的实时荧光辐射微分超分辨显微方法与装置
JP2021502582A (ja) マルチアーム構造化照明撮像
CN117055203B (zh) 照明系统、成像系统和基因测序仪
CN111024658A (zh) 一种荧光分子定向定位方法和装置
CN113835207A (zh) 基于三维照明调制的双物镜单分子荧光显微成像方法和装置
CN109870441B (zh) 基于移频的三维超分辨光切片荧光显微成像方法和装置
CN117451683B (zh) 超分辨显微成像系统、待测样品的成像方法和基因测序仪
JP6720051B2 (ja) 光画像計測装置、光画像計測方法
CN218974142U (zh) 一种多波段结构光显微成像系统
CN214374304U (zh) 一种复合超分辨成像装置
CN111879737A (zh) 一种产生高通量超衍射极限焦斑的装置和方法
US20020030886A1 (en) Microscope

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant