一种折射率匹配显微成像系统

本发明涉及荧光显微成像，特别是涉及一种折射率匹配显微成像系统。

背景技术：

1、在荧光显微成像技术应用中，对大型透明化生物组织样本进行高效、精准的成像一直是一个技术挑战。生物样本在成像前需经过透明化处理以揭示内部结构，透明化的生物样本需要在与之折射率相同的透明化试剂中成像，以保证透明效果和高质量的内部信号捕获。然而，一般物镜无法工作在透明化试剂中，因此通常在成像时需要在物镜前加罩子以隔绝物镜与透明化试剂，从而保护物镜。通常情况下，采用平板玻璃作物镜工作介质与透明化试剂的分界面。即此时物镜的工作环境以保护罩为界，一边是物镜要求的工作介质，一边是透明化试剂。透明化试剂与物镜工作介质的折射率不同仍会导致像差的产生，影响成像质量。为保证成像质量，需要物镜工作介质占较大比例，透明化试剂占较小比例。透明化试剂所占空间为样本移动空间，即实际工作距离，因此为保证成像效果，实际工作距离十分受限。这导致在大型生物组织样本成像中无法实现对样本的完整成像，研究人员只能通过翻转或切割样本，分阶段进行成像，操作复杂，耗时费力。

2、因此亟待发明一种技术方法，增加物镜工作在透明化试剂环境时的实际工作距离，以实现大型透明化样本的高效、高质量成像，满足生物学和医学研究的精准需求。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明一种折射率匹配显微成像系统，其所述系统包括成像物镜、以及球壳透镜；

2、所述球壳透镜的具有共球心的球形外表面和球形内表面；球壳透镜外表面的半径r大于其内表面半径r；所述球壳透镜的球心处于所述物镜的主光轴上，所述球壳透镜与物镜之间存在间距；

3、所述物镜的焦点处于所述球壳透镜至其球心之间。

4、优选地，所述折射率匹配显微成像系统，其工作时，所述球壳透镜与样品之间充满折射率匹配液，所述折射率匹配液的折射率与所述样本的折射率相等。

5、优选地，所述折射率匹配显微成像系统，其所述球壳透镜下缘低于折射率匹配液的开放液面，所述球壳透镜内表面最高点高于折射率匹配液的开放液面。

6、优选地，所述折射率匹配显微成像系统，其所述球壳透镜球心位于折射率匹配液的开放液面以下。

7、优选地，所述折射率匹配显微成像系统，其所述球壳透镜下方的折射率匹配液中存放有样本。

8、优选地，所述折射率匹配显微成像系统，其工作距离大于物镜工作距离wd。

9、优选地，所述折射率匹配显微成像系统，其所述球壳透镜与所述物镜的距离为l，(l+r)＞wd。

10、优选地，所述折射率匹配显微成像系统，其所述球壳透镜的一阶赛德尔系数应小于0.5，二阶赛德尔系数应小于0.1。

11、优选地，所述折射率匹配显微成像系统，其样品发出的光经过所述球壳透镜发生背离光轴的折射。

12、优选地，共聚焦模态下，照明光束依次经过所述成像物镜、所述球壳透镜照明样本；所述照明光束的焦点位于物镜的主光轴上。

13、与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、1)本发明的折射率匹配显微成像系统，在成像物镜下，增加球壳透镜，在球壳透镜内填充折射率匹配液，所述球壳透镜的球心处于所述物镜的主光轴上；所述物镜的焦点处于所述球壳透镜至其球心之间，使成像系统的焦平面相对于成像物镜下移，从而使供样品设置的空间增大，适合更大体积的样本成像；优选方案，所述球壳透镜下缘低于折射率匹配液的开放液面，所述球壳透镜内表面最高点高于折射率匹配液的开放液面，提高匹配液的高度；进一步扩大供设置样品空间。

15、2)为保证像差校正效果与成像效果，球壳透镜趋于更薄的设计，所述球壳透镜的一阶赛德尔系数应小于0.5，二阶赛德尔系数应小于0.1。

技术特征：

1.一种折射率匹配显微成像系统，其特征在于：所述系统包括成像物镜、以及球壳透镜；

2.如权利要求1所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：工作时，所述球壳透镜与样品之间充满折射率匹配液，所述折射率匹配液的折射率与所述样本的折射率相等。

3.如权利要求2所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：所述球壳透镜下缘低于折射率匹配液的开放液面，所述球壳透镜内表面最高点高于折射率匹配液的开放液面。

4.根据权利要求2所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：所述球壳透镜球心位于折射率匹配液的开放液面以下。

5.根据权利要求2所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：所述球壳透镜下方的折射率匹配液中存放有样本。

6.根据权利要求2所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：其工作距离大于物镜工作距离wd。

7.如权利要求6所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：所述球壳透镜与所述物镜的距离为l，(l+r)＞wd。

8.如权利要求2所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：所述球壳透镜的一阶赛德尔系数应小于0.5，二阶赛德尔系数应小于0.1。

9.根据权利要求1所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：样品发出的光经过所述球壳透镜发生背离光轴的折射。

10.如权利要求1至9任意一项所述的折射率匹配显微成像系统，其特征在于：共聚焦模态下，照明光束依次经过所述成像物镜、所述球壳透镜照明样本；所述照明光束的焦点位于物镜的主光轴上。

技术总结本发明提供了一种折射率匹配显微成像系统，属于荧光显微成像技术领域。所述系统包括成像物镜、以及球壳透镜；所述球壳透镜的具有共球心的球形外表面和球形内表面；球壳透镜外表面的半径R大于其内表面半径r；所述球壳透镜的球心处于所述物镜的主光轴上，所述球壳透镜与物镜之间存在间距；所述物镜的焦点处于所述球壳透镜至其球心之间。本发明的折射率匹配显微成像系统，在成像物镜下，增加球壳透镜，在球壳透镜内填充折射率匹配液，所述球壳透镜的球心处于所述物镜的主光轴上；所述物镜的焦点处于所述球壳透镜至其球心之间，使成像系统的焦平面相对于成像物镜下移，从而使供样品设置的空间增大，适合更大体积的样本成像。技术研发人员：冯文阳,费鹏,张天昊受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12