CN212364081U - 宽光谱荧光多通道实时显微成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统。所述宽光谱荧光多通道实时显微成像系统包括；激发光源，至少用于提供不同波长的第一激发光和第二激发光以照射待测样品，使待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；第一分光结构，至少用于将第一激发光及第二激发光与所述混合荧光分离；第二分光结构，至少用于将混合荧光分离为不同波段的第一荧光、第二荧光；第三分光结构用于将接受的第一荧光分离为第三荧光、第四荧光、将接受的第二荧光分离为第五荧光、第六荧光。本实用新型提供的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，实现了多种可见光探针和多种近红外波段探针同时示踪的宽光谱多通道实时成像功能。

Description

宽光谱荧光多通道实时显微成像系统

技术领域

本实用新型涉及一种显微成像系统，特别涉及一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，属于显微成像技术领域。

背景技术

目前荧光显微成像技术广泛应用于生命科学的研究。该技术是利用显微镜对被荧光探针特异性标记的生物细胞、组织实现放大成像。一个典型的荧光显微成像系统包括激发光源、二向色镜、滤光片、物镜、荧光样品以及探测器。来自光源的激发光通过照明光路再经过显微物镜照射在样品上，样品被激发所产生的荧光被物镜收集，成像于探测器，使得荧光成像具有提供特异性的位置信息的能力。目前市面上的荧光显微成像的工作波谱范围主要位于可见光(400-650nm)、近红外一区(NIR-I 650-900nm)和近红外二区荧光(NIR-II1000-1700nm)。根据荧光探针的特异性，这三个波段具有各自不可替代的作用。然而，目前国内外尚未有可供实际应用的三个波段同时成像的设备。

通过多种不同的荧光探针标记可以获取多源信息，例如可以清晰指示移植干细胞在不同组织器官的分布及其死亡、存活状态，这是单一探针成像所无法实现的。特别是多种探针同时标记同时示踪成像更是具有重要意义。目前在可见光 (400-650nm)波段利用彩色CCD可以区分不同颜色的功能，可以实现可见光多种探针的同时示踪，然而，彩色CCD相比于单色CCD信噪比差，存在信号串扰，在近红外波段(650-1700nm)只有单色探测器，该波段的探测器只能识别探针的荧光强度，不能区分荧光的波长，因此不能在该波段实现多种探针同时示踪。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，以克服现有技术中的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其包括：

激发光源，至少用于提供不同波长的第一激发光和第二激发光以照射待测样品，使待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；

第一分光结构，至少用于将所述待测样品反射的第一激发光及第二激发光与所述待测样品发射的所述混合荧光分离，并使所述混合荧光输往第二分光结构；

第二分光结构，至少用于将所述混合荧光分离为不同波段的第一荧光、第二荧光，并使所述第一荧光、第二荧光输往第三分光结构；

第三分光结构，包括第一分光模块、第二分光模块，所述第一分光模块用于将接受的第一荧光分离为第三荧光、第四荧光，并使第三荧光、第四荧光分别输入第一探测器、第二探测器，所述第二分光模块用于将接受的第二荧光分离为第五荧光、第六荧光，并使第五荧光、第六荧光分别输入第三探测器、第四探测器；

所述激发光源、第一探测器、第二探测器、第三探测器、第四探测器分别与控制单元连接。

进一步的，所述第一分光结构包括第二二向色镜，所述第二分光结构包括第三二向色镜，所述第一分光模块包括第四二向色镜，所述第二分光模块包括第五二向色镜，所述第一激发光和第二激发光依次通过光束匀化镜组、第一二向色镜、第一滤光单元后，再经第二二向色镜耦合后照射到待测样品上，使所述样品被激发而发射所述混合荧光，所述混合荧光通过第二二向色镜后，再经第三二向色镜分离为第一荧光、第二荧光，其中所述第一荧光经第四二向色镜分离为第三荧光、第四荧光，所述第三荧光、第四荧光分别进入第一探测器、第二探测器，而所述第二荧光经第五二向色镜分离为第五荧光、第六荧光，所述第五荧光、第六荧光分别进入第三探测器、第四探测器。

更进一步的，所述第一分光结构、第二分光结构和第三分光结构中至少一者的二向色镜和滤光单元可切换。

更进一步的，所述光束匀化镜组包括第一光束匀化透镜组、第二光束匀化透镜组，所述第一激发光依次通过第一导光光纤、第一光束匀化透镜组后输入第一二向色镜，所述第二激发光依次通过第二导光光纤、第二光束匀化透镜组后输入第一二向色镜。

更进一步的，所述第一光束匀化透镜组包括可见光光束匀化透镜组，所述第二光束匀化透镜组包括近红外光束匀化透镜组。

更进一步的，所述第一荧光、第二荧光分别通过第一成像透镜组、第二成像透镜组输入第四二向色镜、第五二向色镜。

更进一步的，所述第一成像透镜组包括可见光成像透镜组，所述第二成像透镜组包括近红外成像透镜组。

更进一步的，所述第三荧光、第四荧光分别通过第二滤光单元、第三滤光单元输入第三探测器、第四探测器，所述第五荧光、第六荧光分别通过第四滤光单元、第五滤光单元进入第三探测器、第四探测器。

更进一步的，所述第一滤光单元包括多通道滤光片，所述第二滤光单元包括可见光窄带滤光片，所述第三滤光单元包括可见光窄带滤光片，所述第四滤光单元包括近红外短通滤光片，所述第五滤光单元包括近红外长通滤光片。

更进一步的，所述第一二向色镜包括长通二向色镜，所述第二二向色镜包括多通道二向色镜，所述第三二向色镜包括长通二向色镜，所述第四二向色镜包括可见光二向色镜，所述第五二向色镜包括近红外二向色镜。

更进一步的，所述第一探测器、第二探测器、第三探测器、第四探测器光学同轴。

更进一步的，所述第一探测器和第二探测器包括硅基CCD，所述第三探测器和第四探测器包括铟镓砷CCD。

更进一步的，所述激发光源包括分别用于提供第一激发光、第二激发光的第一激发光源、第二激发光源，所述第一激发光源包括白光LED，所述第二激发光源包括近红外激光器。

更进一步的，所述控制单元包括具有时钟功能的I/O装置。

更进一步的，所述I/O装置还与计算机连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：

本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，将多种不同波长的光作为激发光引入显微镜，使得样品载有的多种荧光探针可被同时激发；以及，该宽光谱荧光多通道实时显微成像系统以多通道的二向色镜为核心元件构建了多层光学结构，从而实现了多级光信号分离功能，使显微物镜捕获的多种波长混合的荧光信号实时分离，并分别成像于不同的探测器，进而实现了多种可见光探针和多种近红外波段探针同时示踪的宽光谱(400-1700nm)多通道实时成像功能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一典型实施案例中一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统的结构示意图；

附图标记说明：1-白光LED，2-第一导光光纤，3-可见光光束匀化透镜组， 4-近红外激光器，5-第二导光光纤，6-近红外光束匀化透镜组，7-第一长通二向色镜，8-多通道滤光片，9-多通道二向色镜，10-第二长通二向色镜，11-可见光成像透镜组，12-可见光二向色镜，13-可见光窄带滤光片，14-第一硅基CCD， 15-可见光窄带滤光片，16-第二硅基CCD，17-近红外成像透镜组，18-近红外二向色镜，19-近红外短通滤光片，20-第一铟镓砷CCD，21-近红外长通滤光片，22-第二铟镓砷CCD，23-计算机，24-多功能I/O控制设备，25-显微物镜，26- 样品台。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于包括：

激发光源，至少用于提供不同波长的第一激发光和第二激发光以照射待测样品，使待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；

第一分光结构，至少用于将所述待测样品反射的第一激发光及第二激发光与所述待测样品发射的所述混合荧光分离，并使所述混合荧光输往第二分光结构；

第二分光结构，至少用于将所述混合荧光分离为不同波段的第一荧光、第二荧光，并使所述第一荧光、第二荧光输往第三分光结构；

第三分光结构，包括第一分光模块、第二分光模块，所述第一分光模块用于将接受的第一荧光分离为第三荧光、第四荧光，并使第三荧光、第四荧光分别输入第一探测器、第二探测器，所述第二分光模块用于将接受的第二荧光分离为第五荧光、第六荧光，并使第五荧光、第六荧光分别输入第三探测器、第四探测器；

所述激发光源、第一探测器、第二探测器、第三探测器、第四探测器分别与控制单元连接。

具体的，该激发光源能够提供多个不同波长的激发光，该多个不同波长的激发光被同时引入显微物镜并同时照射、激发样品，负载有多种探针的样品被激发而辐射包含多种波长荧光的混合荧光，该混合荧光通过由多个二向色镜和滤光片构建的多层分光结构，进而实现荧光信号按波段分离，每个波段对应一种荧光探针，分离后的荧光分别进入对应的探测器，从而实现多通道实时成像、多通道时序成像。

本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，可以实现多种可见光探针和多种近红外波段探针同时示踪的宽光谱(400-1700nm)多通道实时成像。

本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统的白光 LED和近红外激光器(白光LED提供的第一激发光、近红外激光器例提供的第二激发光的波长均为400-1600nm，例如第一激发光和第二激发光的波长为 808nm或980nm)通过光纤和光束匀化透镜组引入显微镜作为激发光源，并利用二向色镜耦合实现两种不同波长的激发光同时照明；以及，本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统中的多通道二向色镜，能够同时分离多种激发光和多种荧光信号。

如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，如下描述的仅为本实用新型技术方案的一种具体实施方案，本本领域技术人员还可以根据该技术方案所公开的原理获得其他具体的实施方案，其中包含的各个光学器件，均可以采用本领域技术人员已知光学器件，其均可以通过市购获得，其中涉及的光学元器件的型号自此不作具体限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行个别元件的更换；本实用新型实施例中所采用的控制装置包括但不限于 I/O控制设备，其中所涉及的控制程序、代码等均可以采用现有的程序代码，其可以通过市购获得。

请参阅图1，本实用新型一典型实施案例中提供的一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其包括：白光LED1、近红外激光器4、第一长通二向色镜7、多通道滤光片8、多通道二向色镜9、显微物镜25、第一硅基CCD14、第二硅基 CCD16、第一铟镓砷CCD20、第二铟镓砷CCD22、多功能I/O控制设备24和计算机23；以及，所述多通道二向色镜9与所述第一硅基CCD14、第二硅基CCD16、第一铟镓砷CCD20、第二铟镓砷CCD22之间还设置有多个二向色镜；其中，所述多功能I/O控制设备24分别与计算机(计算机主要是进行数据处理，得到成像图或视频)23、白光LED1、近红外激光器4、第一硅基CCD14、第二硅基 CCD16、第一铟镓砷CCD20、第二铟镓砷CCD22连接。

具体的，白光LED1提供的第一激发光依次经导光光纤2、可见光光束匀化透镜组3、第一长通二向色镜7、多通道滤光片8、多通道二向色镜9而被引入显微物镜25中，进而照射位于样品台26上的样品；近红外激光器4提供的激发光依次经导光光纤5、近红外光束匀化透镜组6、长通二向色镜7、多通道滤光片8、多通道二向色镜9而被引入显微物镜25中，进而照射位于样品台26上的样品，其中，该多通道二向色镜9同时位于由白光LED1、近红外激光器4提供的激发光的光路上以及由样品辐射的荧光信号的光路上，该白光LED1和近红外激光器4提供的激发光经多通道二向色镜9耦合后同时照射样品，使所述样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光，且该多通道二向色镜9能够同时分离多种激发光和包含多种波长荧光的混合荧光。

具体的，所述混合荧光通过多通道二向色镜9后，再经第二长通二向色镜 10分离为第一荧光、第二荧光，其中所述第一荧光经可见光二向色镜12分离为第三荧光、第四荧光，所述第三荧光、第四荧光分别进入第一硅基CCD14、第二硅基CCD16，而所述第二荧光经近红外二向色镜18分离为第五荧光、第六荧光，所述第五荧光、第六荧光分别进入第一铟镓砷CCD 20、第二铟镓砷CCD 22。

具体的，所述第一荧光、第二荧光分别通过可见光成像透镜组11、近红外成像透镜组17输入可见光二向色镜12、近红外二向色镜18；所述第三荧光、第四荧光分别通过可见光窄带滤光片13、可见光窄带滤光片15输入第一硅基 CCD14、第二硅基CCD16，所述第五荧光、第六荧光分别通过近红外短通滤光片19、近红外长通滤光片21进入第一铟镓砷CCD20、第二铟镓砷CCD22；其中，第一硅基CCD14、第二硅基CCD16、第一铟镓砷CCD20、第二铟镓砷CCD22光学同轴，可以实现探测共定位。

本实用新型一典型实施案例中提供的一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统的成像过程至少包括：

白光LED1提供的第一激发光依次经第一导光光纤2、可见光光束匀化透镜组3、第一长通二向色镜7、多通道滤光片8后输入多通道二向色镜9，近红外激光器4提供的第二激发光依次经第二导光光纤5、近红外光束匀化透镜组6、第一长通二向色镜7、多通道滤光片8后输入多通道二向色镜9；第一激发光和第二激发光经多通道二向色镜9耦合后同时被引入显微物镜25中，进而照射位于样品台26上的负载有多种探针的样品，负载有多种探针的样品被激发，并辐射包含多种波长荧光的混合荧光；

该混合荧光被显微物镜25捕获，并经多通道二向色镜9被引入长通二向色镜10，该长通二向色镜10将混合荧光分离为400-900nm和900-1700nm两个波段的荧光信号，400-900nm波段的荧光信号经可见光成像透镜组11被导入可见光二向色镜12，可见光二向色镜12将400-900nm波段的荧光信号以650nm为界分离为400-650nm和650-900nm两个波段的荧光信号，其中，400-650nm波段的可见荧光经可见光窄带滤光片13进入第一硅基CCD14；650-900nm波段的近红外一区(NIR-I)荧光经可见光窄带滤光片进入第二硅基CCD16；900-1700nm 波段的荧光信号经近红外成像透镜组17被导入近红外二向色镜18，近红外二向色镜18将900-1700nm波段的荧光信号以1350nm为界分离为近红外a、b区两部分，近红外a区部分的波段为900-1350nm，近红外b区部分的波段为 1350-1700nm，近红外a区部分的荧光信号经近红外短通滤光片19进入第一铟镓砷CCD 20，近红外b区部分的荧光信号经近红外长通滤光片21进入第二铟镓砷 CCD 22。

具体的，具有外部时钟功能的I/O装置控制多组不同波长的激发光、四个探测器同时或以一定的时间顺序完成工作，从而实现多通道实时成像、多通道时序成像；并实现了400-1700nm宽光谱荧光成像，以及多种探针共定位实时示踪。

具体的，该宽光谱荧光多通道实时显微成像系统中的探测器的数量不限于四个，其型号也不限于前述所限定的几种，例如，探测器可以是单色或彩色可见光 CCD。

本实用新型一典型实施案例中提供的一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，为宽光谱(400-1700nm)荧光多通道实时显微系统，其能够将多种不同波长的光作为激发光引入显微镜，使得样品载有的多种荧光探针可被同时激发。

本实用新型一典型实施案例中提供的一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，以多通道二向色镜为核心元件构建了多层光学结构，从而实现了多级光信号分离功能，使显微物镜捕获的多种波长混合的荧光信号实时分离，并分别成像于不同的探测器。

本实用新型一典型实施案例中提供的一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统中的探测器包括但不限于硅基CCD、彩色CCD以及InGaAs相机，且该多个探测器设置为光学同轴，以实现共定位；并且，以具有外部时钟功能的I/O装置为综合控制中心，编写相应的控制程序，以实现控制多个或多组不同波长的激发光源、多个探测器同时或以一定的时间顺序完成工作，从而实现多通道实时成像、多通道时序成像等功能。另外，本实用新型提供的一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统可实现多种可见光、多种近红外荧光探针共定位同时、实时显微示踪。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于包括：

激发光源，至少用于提供不同波长的第一激发光和第二激发光以照射待测样品，使待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；

第一分光结构，至少用于将所述待测样品反射的第一激发光及第二激发光与所述待测样品发射的所述混合荧光分离，并使所述混合荧光输往第二分光结构；

第二分光结构，至少用于将所述混合荧光分离为不同波段的第一荧光、第二荧光，并使所述第一荧光、第二荧光输往第三分光结构；

第三分光结构，包括第一分光模块、第二分光模块，所述第一分光模块用于将接受的第一荧光分离为第三荧光、第四荧光，并使第三荧光、第四荧光分别输入第一探测器、第二探测器，所述第二分光模块用于将接受的第二荧光分离为第五荧光、第六荧光，并使第五荧光、第六荧光分别输入第三探测器、第四探测器；

所述激发光源、第一探测器、第二探测器、第三探测器、第四探测器分别与控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一分光结构包括第二二向色镜，所述第二分光结构包括第三二向色镜，所述第一分光模块包括第四二向色镜，所述第二分光模块包括第五二向色镜，所述第一激发光和第二激发光依次通过光束匀化镜组、第一二向色镜、第一滤光单元后，再经第二二向色镜耦合后照射到待测样品上，使所述样品被激发而发射所述混合荧光，所述混合荧光通过第二二向色镜后，再经第三二向色镜分离为第一荧光、第二荧光，其中所述第一荧光经第四二向色镜分离为第三荧光、第四荧光，所述第三荧光、第四荧光分别进入第一探测器、第二探测器，而所述第二荧光经第五二向色镜分离为第五荧光、第六荧光，所述第五荧光、第六荧光分别进入第三探测器、第四探测器。

3.根据权利要求2所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一分光结构、第二分光结构和第三分光结构中的至少一者的二向色镜和滤光单元可切换。

4.根据权利要求2所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述光束匀化镜组包括第一光束匀化透镜组、第二光束匀化透镜组，所述第一激发光依次通过第一导光光纤、第一光束匀化透镜组后输入第一二向色镜，所述第二激发光依次通过第二导光光纤、第二光束匀化透镜组后输入第一二向色镜。

5.根据权利要求4所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一光束匀化透镜组包括可见光光束匀化透镜组，所述第二光束匀化透镜组包括近红外光束匀化透镜组。

6.根据权利要求2所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一荧光、第二荧光分别通过第一成像透镜组、第二成像透镜组输入第四二向色镜、第五二向色镜。

7.根据权利要求6所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一成像透镜组包括可见光成像透镜组，所述第二成像透镜组包括近红外成像透镜组。

8.根据权利要求2所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第三荧光、第四荧光分别通过第二滤光单元、第三滤光单元输入第三探测器、第四探测器，所述第五荧光、第六荧光分别通过第四滤光单元、第五滤光单元进入第三探测器、第四探测器。

9.根据权利要求8所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一滤光单元包括多通道滤光片，所述第二滤光单元包括可见光窄带滤光片，所述第三滤光单元包括可见光窄带滤光片，所述第四滤光单元包括近红外短通滤光片，所述第五滤光单元包括近红外长通滤光片。

10.根据权利要求9所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一二向色镜包括长通二向色镜，所述第二二向色镜包括多通道二向色镜，所述第三二向色镜包括长通二向色镜，所述第四二向色镜包括可见光二向色镜，所述第五二向色镜包括近红外二向色镜。

11.根据权利要求2所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一探测器、第二探测器、第三探测器、第四探测器光学同轴。

12.根据权利要求2所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述第一探测器和第二探测器包括硅基CCD，所述第三探测器、第四探测器包括铟镓砷CCD。

13.根据权利要求2所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述激发光源包括分别用于提供第一激发光、第二激发光的第一激发光源、第二激发光源，所述第一激发光源包括白光LED，所述第二激发光源包括近红外激光器。

14.根据权利要求1所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述控制单元包括具有时钟功能的I/O装置。

15.根据权利要求14所述的宽光谱荧光多通道实时显微成像系统，其特征在于：所述I/O装置还与计算机连接。

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