(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 202210472715.1 (22)申请日 2022.04.29 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 杨青　杨啸宇　汤明炜　张乾威　 林沐春　刘旭　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 傅朝栋　张法高 (51)Int.Cl. G01N 21/84(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯 片及其成像方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于棱镜的光源集成型 超分辨显微 芯片及其成像方法， 涉及超分辨显微 领域。 本发明基于块状高折射基底材料， 在其上 表面中心设置样品区域， 在其下表 面设有多圈不 同角度的棱镜， 将LED分别置于棱镜侧面， 再将 LED的正负极集成到PCB板上， 通过单片机控制 LED的开关。 相比于外接光路的超分辨显微成像 系统， 将光源集成到超分辨显微 芯片上可实现超 分辨成像的小型化和便携性， 便于应用于资源紧 缺地区的医疗诊断和科研分析。 相比于传统的傅 里叶叠层显微成像(FPM)， 利用棱镜可提高斜入 射光源的光强和 信噪比以及斜入射范围， 引入更 大横向波矢的倏逝波， 可有效提高成像质量以及 分辨率。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114778542 A 2022.07.22 CN 114778542 A 1.一种基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片， 其特征在于， 包括基底材料和若干棱 镜； 所述基底材料具有两个平整且相互平行 的功能面和成像面， 成像面的中央用于放置样 品并作为样品区域； 功能面上以所述样品区域为中心， 同轴设有若干圈不同角度的棱镜， 以 提高光源斜入射到样品区域的效率和照明的横向波矢量。 2.根据权利要求1所述的基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片， 其特征在于， 所述成 像面上除样品区域外的其他区域均 做遮光处理， 功能面上除棱镜所在处的其他区域均做遮 光处理。 3.根据权利要求2所述的基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片， 其特征在于， 所述遮 光材料选用Cr、 Au、 Ag材料中的一种， 遮光材料层的厚度在能保证遮光效果的前提下选择最 薄的厚度。 4.根据权利要求1所述的基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片， 其特征在于， 所述棱 镜材料为TiO2、 SiO2、 Al2O3、 Si3N4、 K9玻璃的一种。 5.根据权利要求1所述的基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片， 其特征在于， 所述棱 镜与基底材 料的结合采用透明紫外胶粘法。 6.根据权利要求1所述的基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片， 其特征在于， 所述棱 镜上与基底材 料的接触面及与光源的接触面均做抛光处 理。 7.根据权利要求1所述的基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片， 其特征在于， 所述基 底材料为块状或片状结构。 8.一种利用权利要求1～7任一所述基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片的成像方 法， 其特征在于， 具体如下： S1： 将样品放置于样品区域， 在每个棱镜远离样品区域的侧面分别固定LED作为光源， 再将所有LED集成到控制电路中， 随后将整体放置于普通光学显微镜的样品台上； 其中， 第m 圈LED作为 光源斜射入样品中心的入射角 θm满足如下公式： 式中， 基底材料的厚度为T， 功能面上分布的棱镜总圈数为n， 第m圈棱镜中心与样品中 心的直线距离为 Lm， n为整数且1≤m≤n； S2： 通过普通 光学显微镜照明样品， 用光学相机采集样品的低频空间信息； S3： 由内到外依次点亮每圈棱镜上的LED， 使光源斜射入到样品区域以照 明样品， 用光 学相机采集样品的来自不同圈且不同方向光源照明下的不同频率的高频光场信息； S4： 基于采集到的低频空间信息和高频光场信息， 在频域空间进行迭代拼接得到扩大 后的频谱， 再进行逆傅里叶变换到空间域， 即重构得到样品的超分辨图像。 9.根据权利要求8所述的成像方法， 其特征在于， 所述LED通过透明紫外胶粘贴固定于 棱镜上。 10.根据权利 要求8所述的成像方法， 其特征在于， 所述LED的正负极集成到PCB板上， 通 过单片机编程实现对各个LED光源的开关控制。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114778542 A 2一种基于棱镜的光源集成型超分辨显微芯片及其 成像方法 技术领域 [0001]本发明涉及超分辨显微领域， 尤其涉及片上移频超分辨显微成像领域。 背景技术 [0002]传统光学显微技术在生物学、 医学、 材料学等领域发挥了巨大的作用， 但是由于阿 贝衍射极限的限制， 其成像性能还无法满足这些领域高精度大范围的检测要求。 为了突破 光学系统的衍射极限， 人们发明了一系列超分辨显微成像技术。 其中， 基于空间频谱移频的 超分辨显微成像技术可以突破传统成像与探测器件的带宽限制， 在视场大、 速度快上具有 显著优势。 [0003]基于空间频谱移频的超分辨显微成像技术通过拍摄一系列的低分辨率图像， 将携 带有空间高频的信息移入物镜数值孔径(NA)可收集的空间频域中， 然后在频域中进 行算法 拼接， 从而恢复出高分辨 率的图像。 [0004]现有的移频超分辨显微成像技术有GaP ‑on‑SiO2集成光波导型超分辨显微技术和 晶圆型超分辨显微技术等， 这些技术虽能实现很高的分辨率， 但其视场范围均低于毫米量 级， 无法满足观测生命组织较大活动范围等大视场成像需求。 此外， 以上技术均需要外接光 路来实现对样品的照明， 无法实现小型化和便携化， 不适合应用于资源紧缺地区的医学诊 断以及科研分析。 [0005]另外一些移频超分辨显微成像技术， 比如， 傅里叶叠层显微成像技术(FPM)使用一 系列不同距离不同方向的LED照明采集相应的低分辨率图， 可在一定程度上实现整个系统 的小型化。 但是， 传统FP M的照明方式是通过LED经由空气入射到样品区域， 其最大的横向波 矢受限于空气折射率， 因而能实现的最高分辨率受限。 且传统FP M采用垂直照明LED， 斜入射 光源的光强和信噪比将会大 大降低。 发明内容 [0006]本发明目的在于针对现有技术的不足， 提出一种基于棱镜的光源集成型超分辨显 微芯片及其成像方法。 本发明主要是通过棱镜耦合方式提高LED斜入射到样品区域的效率 和照明的横向波矢量， 从而提升其成像质量和分辨 率。 [0007]本发明所采用的具体技 术方案如下： [0008]第一方面， 本发明提供了一种基于棱镜 的光源集成型超分辨显微芯片， 包括基底 材料和若干棱镜； 所述基底材料具有两个平整且相互平行 的功能面和成像面， 成像面的中 央用于放置样品并作为样品区域； 功能面上以所述样品区域为中心， 同轴设有若干圈不同 角度的棱镜， 以提高光源斜入射到样品区域的效率和照明的横向波矢量。 [0009]作为优选， 所述成像面上除样品区域外 的其他区域均做遮光处理， 功能面上除棱 镜所在处的其 他区域均做遮光处 理， 以提高图像的信噪比。 [0010]进一步的， 所述遮光处理采用磁控溅射镀膜等微纳加工工艺， 遮光材料选用Cr、 Au、 Ag等光损耗较大的材料中的一种， 遮光材料层的厚度应在能保证遮光效果的前提下选说　明　书 1/4 页 3 CN 114778542 A 3