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原文传递基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统

专利名称：	基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统
摘要：	基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，涉及微观粒子超分辨成像技术领域，解决现有活体细胞在单分子尺度下的成像问题。包括扫描光学系统；Z轴扫描探测系统；倒置荧光显微成像系统以及自动定焦和锁焦系统。由纳米孔—微透镜产生的超衍射极限聚焦光斑激发样品的荧光信号，根据纳米孔—微透镜Z轴扫描探测系统确定纳米孔—微透镜聚焦光斑和样品之间距离，控制三维压电陶瓷位移台实现对样品的三维方向扫描，自动定焦和锁焦系统确定显微镜和样品的焦面以及锁定该焦面，最后利用倒置荧光显微镜对样品的超分辨成像。本发明所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微镜可以应用于活体细胞内部的单分子成像。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	中国科学院长春应用化学研究所
发明人：	王宏达;邵丽娜;石岩;初宏亮;王慧利;孙佳音
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910552893.3
公开号：	CN110231321A
代理机构：	长春众邦菁华知识产权代理有限公司
代理人：	李外
分类号：	G01N21/64(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	130000 吉林省长春市朝阳区人民大街5625号
主权项：	1.基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，包括扫描光学系统、Z轴扫描控制系统、倒置荧光显微成像系统以及自动定焦和锁焦系统，其特征是；所述纳米孔—微透镜产生的超衍射极限聚焦光斑激发样品的荧光信号，根据纳米孔—微透镜Z轴扫描控制系统确定纳米孔—微透镜聚焦光斑和样品之间距离，控制三维压电陶瓷位移台实现对样品的三维方向扫描，自动定焦和锁焦系统确定显微物镜和样品的焦面并锁定该焦面，最后采用倒置荧光显微镜对样品的超分辨成像；所述扫描光学系统包括激光器(4)、偏振片(5)、第一聚焦透镜(6)、第一光纤耦合器(7)、扫描探针(8)和三维压电陶瓷位移台(9)；所述Z轴扫描控制系统包括近红外激光器(10)、衰减片(11)、第二聚焦透镜(12)、第一光纤环形器端口(13)、第二光纤环形器端口(14)、第三光纤环形器端口(15)和雪崩二极管(16)；所述倒置荧光显微成像系统包括显微物镜(18)、Z轴压电陶瓷(19)、二向色镜(20)、发射滤光片(21)、第三聚焦透镜(22)和传感器(23)；所述自动定焦和锁焦系统包括激光二极管(24)、空间滤波器(25)、准直器(26)、半透半反滤光片(27)、长波通滤光片(28)、第四聚焦透镜(29)和线阵CCD(30)；调整激光器(4)发出可见单色激光经偏振片(5)和第一聚焦透镜(6)后通过光纤耦合器(7)传输至扫描探针(8)；所述激光经过扫描探针(8)照射样品(17)，由样品(17)产生的荧光通过显微物镜(18)汇聚，然后经过二向色镜(20)透射，发射滤光片(21)滤光以及经第三聚焦透镜(22)聚焦后由传感器(23)接收；所述三维压电陶瓷位移台(9)对样品扫描过程中，每移动一个点发送一个数字触发信号，所述数据采集卡根据接收的触发信号向传感器(23)发送采集数据控制信号；所述扫描探针(8)固定在三维压电陶瓷位移台(9)上，显微物镜(18)固定在Z轴压电陶瓷(19)上；近红外激光器(10)出射激光经过衰减片(11)和第二聚焦透镜(12)进入第一光纤环形器端口(13)，第一光纤环形器端口(13)将激光传输至第二光纤环形器端口(14)，第二光纤环形器端口(14)探测样品(17)的后向散射光，所述后向散射光经第三光纤环形器端口(15)后由雪崩二极管(16)探测接收；所述雪崩二极管(16)根据接收的光强信号转换为电信号发送至数据采集卡，根据对电信号的处理和分析控制三维压电陶瓷位移台(9)，实现对样品的三维方向扫描，并确定纳米孔—微透镜聚焦光斑和样品之间距离；所述激光二极管(24)产生的近红外激光经过空间滤波器(25)变成高斯点光源，所述点光源入射到准直器(26)变成平行光，所述平行光经过半透半反滤光片(27)和长波通滤光片(28)后由二向色镜(20)反射至显微物镜(18)，并到达样品(17)表面，所述样品(17)被激发后产生的发射激光由显微物镜(18)接收并到达焦面，经焦面反射的光经长波通滤光片(28)和半透半反滤光片(27)后经第四聚焦透镜(29)反射进入线阵CCD(30)；所述线阵CCD(30)接收焦面反射的光信号并传至数据采集卡，根据信号特征进行数据分析和处理，并发送控制信号至Z轴压电陶瓷(19)，所述Z轴压电陶瓷(19)控制显微物镜(18)的Z轴方向移动，实现自动对焦和锁焦。 2.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：还包括制备纳米孔-微透镜；首先建立模型和数值仿真，优化纳米孔—微透镜参数；然后采用真空离子溅射镀膜机在微透镜(1)表面镀金属薄膜(2)，采用聚焦离子束刻蚀技术在镀有金属薄膜的微透镜表面刻蚀纳米孔，最终形成纳米孔—微透镜。 3.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：由光纤(8-1)、准直器(8-2)以及纳米孔—微透镜(8-3)组成扫描探针，光源经准直器(8-2)准直后通过微透镜的纳米孔照射至样品表面；所述扫描探针(8)作为负载固定在三维压电陶瓷位移台(9)上，完成对样品的扫描。 4.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：在位于微透镜中心的金属薄膜(2)上刻蚀直径为10～300nm的纳米孔，所述纳米孔—微透镜后的聚焦光斑直径约5～100nm。 5.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：显微物镜数值孔径为1.30～1.49，放大倍率为100倍。 6.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：激光二极管(24)产生的近红外激光以全内反射形式入射到显微物镜(18)中。 7.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：所述激光器(4)发出的单色激光的波长范围包括可见波段和近红外波段，偏振方向为径向。 8.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：纳米孔—微透镜为纳米孔—单个微透镜或纳米孔—微透镜阵列。 9.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：样品中的被测物包括细胞膜，人工磷脂膜，细胞内部单个生物分子。 10.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，所述传感器包括单点光电探测器和成像CCD，来实现对出射激光的探测；其中单点光电探测器是针对纳米孔—单个微透镜构成的扫描探针系统；成像CCD是针对纳米孔—微透镜阵列构成的扫描探针系统。
所属类别：	发明专利