(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 202210219747.0 (22)申请日 2022.03.08 (71)申请人 华南师范大学 地址 510000 广东省广州市中山大道西5 5 号 (72)发明人 刘胜德　吕晓旭　郑子曦　 (74)专利代理 机构 广州容大知识产权代理事务 所(普通合伙) 44326 专利代理师 刘新年 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/45(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于拉曼散射光谱和定量相位的双模态成 像系统、 方法 (57)摘要 本发明提供一种基于拉曼散射光谱和定量 相位的双模态成像系统， 实现同时获取拉曼散射 光谱和相位的成像方法以及该系统在单细胞生 化表征的应用。 通过共聚焦拉曼光谱仪光路上有 机融合相位成像的干涉光路， 可以同时且同位获 取单细胞增强的拉曼特征谱和折射率所代表的 双模态信息， 能够从分子成分的角度解析细胞在 不同生化过程中不同物质的类别， 浓度以及空间 的分布， 实现单独 分别使用这两种技术所不能实 现的功能， 是一种快速， 无损， 无标记的多维信息 获取方法， 对揭示细胞的生命活动机理具有重要 的作用。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114813695 A 2022.07.29 CN 114813695 A 1.一种基于拉曼散射光谱和定量相位的双模态成像系统， 其特征在于， 包括一个配置 激光器的共聚焦拉曼光谱仪； 一个设置在所述共聚焦拉曼光谱仪输出端激发光路上的半反 半透镜， 用于将 激发光分成两部 分， 其中反射部分输入拉曼散射光谱成像系统， 用于激发和 收集拉曼信号， 透射部分用于形成相位成像的参考光； 设置在所述拉曼散射光谱成像系统 焦平面处的载玻片系统， 用于承载细胞样品并增强细胞样品的拉曼散射信号； 设置在所述 载玻片系统后方的相位成像系统， 将透过所述载玻片系统的物光输入合束器， 所述合束器 将所述参考光和所述物光进行合束干涉形成干涉图， 并将干涉光输入图像传感器， 收集干 涉图用于后期 计算形成定量相位分布图； 所述基于拉曼散射光谱和定量相位的双模态成像 系统， 还包括由计算机组成的控制采集系统， 用于控制所述拉曼散射光谱成像系统和所述 相位成像系统同时进行 数据采集与计算。 2.根据权利要求1所述的基于拉曼散射光谱和定量相位的双模态成像系统， 其特征在 于， 所述载玻片系统是一个亚波长周期的金属 光栅或者金属超表面， 用于将所述的金属 光 栅表面或所述金属超表面附近的电场进行增强， 进而增强细胞样品的拉曼信号， 同时一部 分携带了待测细胞相位的光透射所述金属光 栅， 形成物光。 3.根据权利要求2所述的基于拉曼散射光谱和定量相位的双模态成像系统， 其特征在 于， 所述金属光栅由周期排列的纳米孔阵列构成， 纳米孔的周期为300nm， 孔的大小范围为 200–300nm。 4.根据权利要求2或3所述的基于拉曼散射光谱和定量相位的双模态成像系统， 其特征 在于， 所述激光器是一个单横模单纵模线偏振激光器。 5.根据权利要求2或3所述的基于拉曼散射光谱和定量相位的双模态成像系统， 所述拉 曼散射光谱成像系统和所述相位成像系统使用放大倍 率相同的物镜 。 6.一种基于拉曼散射 光谱和定量相位的双模态成像方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)搭建共聚焦拉曼显微成像系统； (2)在所述共聚焦拉曼显微成像系统的激发光路上加入半反半透元件， 将反射部分的 光作为定量相位成像系统的物光， 与所述共聚焦拉曼显微成像系统的激发光路重合形成重 合光路； 将透射部分的光作为定量相位成像系统的参 考光； (3)在所述重合光路上加入载玻片系统， 使得透过细胞并携带细胞相位信息的物光可 以透过所述载玻片系统， 同时， 将 被激发的细胞的拉曼信号反射， 进入所述共聚焦显微拉曼 光谱仪进行光谱测量或者 光谱成像； (4)使用合束元件， 将所述物光与所述 参考光合并， 形成干涉图； (5)使用计算机控制双模态系统同时采集拉曼散射光谱和干涉图， 形成拉曼光谱的空 间分布图， 同时对所述干涉图使用相位恢复算法， 获得相位的空间分布图。 至此， 获得细胞 同一时间和同一空间上的拉曼光谱成像和相位成像。 7.一种应用根据权利要求1 ‑5任一所述的基于拉曼散射光谱和定量相位的双模态成像 系统进行同时且同位测量细胞的成分和形貌的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)搭建所述基于拉曼散射 光谱和定量相位的双模态成像系统； (2)将细胞连同培养液滴加在所述载玻片系统上， 或将所述载玻片系统放置在透明细 胞培养皿底部， 然后调整所述 光谱成像物镜和所述相位成像物镜， 使细胞能够清晰成像； (3)使用计算机控制双模态系统同时采集拉曼散射光谱和干涉图， 形成拉曼光谱的空权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114813695 A 2间分布图， 同时使用相位恢复算法， 获得相位的空间分布图。 至此， 获得细胞同一时间和同 一空间上的相位成像和拉曼光谱成像； (4)利用相位空间分布， 获取折射率， 细胞形貌， 细胞大小等参数， 结合拉曼光谱空间分 布代表的成分空间分布， 利用这两种不同维度的信息， 来分析细胞的生理机理。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114813695 A 3