用于空间生物样品荧光观察的光纤共聚焦显微成像仪器制造技术

本发明专利技术公开了用于空间生物样品荧光观察的光纤共聚焦显微成像仪器，包括物镜单元、光纤单元、照明单元、成像单元和控制单元。其特征主要在于：通过控制单元控制照明单元发出照明光，照明光经过光纤单元和物镜单元照射到生物样品上，生物样品发现荧光后通过物镜单元和光纤单元传输到成像单元，再通过控制单元控制成像单元形成样品荧光图像，从而实现生物样品的荧光共聚焦成像，为空间生物样品的研究提供技术保障。本发明专利技术优点在于：长工作距离、使用灵活，结构简单、稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及载人空间站空间应用系统生物技术实验柜的测试设备。具体涉及一种空间生物样品荧光观察的检测手段和方法。
技术介绍
随着我国载人航天工程项目的发展，空间站的建设已经开始进行。我国将利用舱体和设备进行微重力环境条件下的空间科学实验，其中生命科学是其重要组成部分。目前针对不同目的的多种生命科学飞行实验装置正在研制，由于生命科学实验内容包罗万象，有哺乳动物、植物和细胞等。针对动物细胞和植物细胞的研究，需要观察细胞的生长过程，为保证实验的顺利进行，如何完成对细胞的观察是实验的重要环节。空间站中对细胞的观察手段有别于地面实验室，供地面实验用的显微成像系统主要有生物显微镜和激光共焦扫描显微镜，以上两类产品对外形尺寸、重量、功耗以及成像的工作距离等要求相对很低。尤其放大倍数和分辨率要求高的情况下，工作距离都很短。而空间显微成像受制于体积、重量、功耗等限制，对显微成像系统的要求变得很苛刻。为满足细胞空间观察实验的顺利进行，需要设计出长工作距离、高灵活性、结构简单、稳定性强等特殊要求的显微成像系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为空间站中细胞的观察提供一种有效可行的显微观测设备，可以实现对样品荧光显微的观测、可以实现不同放大倍数的观察，保证细胞的空间实验需求。1.用于空间生物样品荧光观察的光纤共聚焦显微成像仪器，包括物镜单元1、光纤单元2、照明单元3、成像单元4、控制单元5。所述的物镜单元1包括物镜1-1，二向色滤光片1-2和平面反射镜1-3，物镜1-1的放大倍数为5×～60×可选，工作距离10mm。二向色滤光片1-2和平面反射镜1-3置于物镜1-1的像方光路中，平行放置。所述的光纤单元2包括传像光纤束2-1和照明光纤束2-2，传像光纤束2-1和照明光纤束2-2包含的光纤单丝数量根据探测器规格的不同从24000～210000可选。传像光纤束2-1的一个端面与物镜单元1二向色滤光片1-2对应的像面衔接，另一端与传像光纤耦合光学系统4-2的物面衔接；照明光纤束2-2的一个端面与物镜单元1平面反射镜1-3对应的像面衔接，另一端与照明光纤耦合系统3-2的物面衔接。所述的照明单元3包括激发滤光片组件3-1，照明光纤耦合系统3-2和LED阵列3-3，激发滤光片组件3-1包括不同种波段的激发滤光片，照明光纤耦合系统3-2为放大倍数2×的物方远心光路结构，LED阵列3-3根据照明光纤束2-2所选的光纤单丝数量从512行×512列～2048行×2048列可选。激发滤光片组件3-1置于照明光纤耦合系统3-2物方光路中，照明光纤耦合系统3-2的物面与照明光纤束2-2的一端衔接，像面与LED阵列表面衔接。所述的成像单元4包括发射滤光片组件4-1，传像光纤耦合系统4-2和探测器4-3，发射滤光片组件4-1包括不同种波段的发射滤光片，传像光纤耦合系统4-2为放大倍数2×的物方远心光路结构，探测器4-3的规格从512行×512列～2048行×2048列可选。发射滤光片组件4-1置于传像光纤耦合系统4-2物方光路中，传像光纤耦合系统4-2的物面与传像光纤束2-1的一端衔接，像面与探测器4-3像面衔接。通过控制单元5控制照明单元3发出照明光，照明光经过光纤单元2和物镜单元1照射到生物样品上，生物样品发出荧光后通过物镜单元1和光纤单元2传输到成像单元4，再通过控制单元5控制成像单元4形成样品荧光图像，从而实现生物样品的荧光共聚焦成像。本专利技术优点在于：长工作距离、使用灵活，结构简单、稳定性好。附图说明图1为本专利技术中仪器结构总图。图2为本专利技术中仪器组成图。具体实施方式下面根据图1、图2给出本专利技术的一个较好实施例，并予以详细描述，以便更好地了解本专利技术的结构特征和功能特点。需要指出的是，给出的实例是为了说明本专利技术，而不是用来限制本专利技术的范围。本专利技术主要结构包括物镜单元1、光纤单元2、照明单元3、成像单元4、控制单元5。设备在空间使用时，物镜单元1与照明单元3、成像单元4、控制单元5可以根据空间结构的需要分开布局，最终通过光纤单元2连接，灵活性高。物镜单元1包括放大倍数40×、工作距离10mm的物镜，二向色滤光片和平面反射镜，二向色滤光片和平面反射镜置于物镜1的像方光路中，平行放置。二向色滤光片和平面反射镜确定的两条光路的像面与物镜物面为共轭面，照明光纤束和传像光纤束的两个端面分别与两个像面衔接。光纤单元2主要包括传像光纤束和照明光纤束，传像光纤束和照明光纤束的规格相同，包括24000根光纤单丝，光纤端面尺寸4mm×4mm、单丝直径26μm。传像光纤束的一个端面与物镜单元1中二向色滤光片对应的像面衔接，另一端与成像单元4中传像光纤耦合系统的物面衔接；照明光纤束的一个端面与物镜单元1中平面反射镜对应的像面衔接，另一端与照明单元3中照明光纤耦合系统的物面衔接，完成对生物样品荧光信息和照明光的传输。照明单元3主要包括激发滤光片组件，照明光纤耦合系统和LED阵列光源。根据荧光成像波段的不同，通过激发滤光片组件更换激发滤光片，照明光纤耦合系统为放大倍数2×的物方远心光路结构，LED阵列根据照明光纤束所选的光纤单丝数量选择512行×512列。激发滤光片组件置于照明光纤耦合系统物方光路中，照明光纤耦合系统的物面与照明光纤束的一端衔接，像面与LED阵列表面衔接。成像单元4主要包括发射滤光片组件，传像光纤耦合系统和探测器。根据荧光成像波段的不同，通过发射滤光片组件更换发射滤光片，传像光纤耦合系统为放大倍数2×的物方远心光路结构，探测器的规格为512行×512列、单元尺寸16μm。发射滤光片组件置于传像光纤耦合系统物方光路中，传像光纤耦合系统的物面与传像光纤束的一端衔接，像面与探测器像面衔接。通过控制单元5控制照明单元3发出照明光，照明光经过光纤单元2和物镜单元1照射到生物样品上，生物样品发出荧光后通过物镜单元1和光纤单元2传输到成像单元4，再通过控制单元5控制成像单元4形成样品荧光图像，从而实现生物样品的荧光共聚焦成像。以上所述仅为本专利技术的较佳实施用例而已，并非用于限定本专利技术的保护范图。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空间生物样品荧光观察的光纤共聚焦显微成像仪器，包括物镜单元(1)、光纤单元(2)、照明单元(3)、成像单元(4)、控制单元(5)，其特征在于：所述的物镜单元(1)包括物镜(1‑1)，二向色滤光片(1‑2)和平面反射镜(1‑3)，物镜(1‑1)的放大倍数为5×～60×可选，工作距离10mm；二向色滤光片(1‑2)和平面反射镜(1‑3)置于物镜(1‑1)的像方光路中，平行放置；所述的光纤单元(2)包括传像光纤束(2‑1)和照明光纤束(2‑2)，传像光纤束(2‑1)和照明光纤束(2‑2)包含的光纤单丝数量根据探测器规格的不同从24000～210000可选、；传像光纤束(2‑1)的一个端面与物镜单元(1)二向色滤光片(1‑2)对应的像面衔接，另一端与传像光纤耦合系统(4‑2)的物面衔接；照明光纤束(2‑2)的一个端面与物镜单元(1)平面反射镜(1‑3)对应的像面衔接，另一端与照明光纤耦合系统(3‑2)的物面衔接；所述的照明单元(3)包括激发滤光片组件(3‑1)，照明光纤耦合系统(3‑2)和LED阵列(3‑3)，激发滤光片组件(3‑1)包括不同种波段的激发滤光片，照明光纤耦合系统(3‑2)为放大倍数2×的物方远心光路结构，LED阵列(3‑3)根据照明光纤束(2‑2)所选的光纤单丝数量从512行×512列～2048行×2048列可选；激发滤光片组件(3‑1)置于照明光纤耦合系统(3‑2)物方光路中，照明光纤耦合系统(3‑2)的物面与照明光纤束(2‑2)的一端衔接，像面与LED阵列表面衔接；所述的成像单元(4)包括发射滤光片组件(4‑1)，传像光纤耦合系统(4‑2)和探测器(4‑3)，发射滤光片组件(4‑1)包括不同种波段的发射滤光片，传像光纤耦合系统(4‑2)为放大倍数2×的物方远心光路结构，探测器(4‑3)的规格从512行×512列～2048行×2048列可选；发射滤光片组件(4‑1)置于传像光纤耦合系统(4‑2)物方光路中，传像光纤耦合系统(4‑2)的物面与传像光纤束(2‑1)的一端衔接，像面与探测器(4‑3)像面衔接；通过控制单元(5)控制照明单元(3)发出照明光，照明光经过光纤单元(2)和物镜单元(1)照射到生物样品上，生物样品发出荧光后通过物镜单元(1)和光纤单元(2)传输到成像单元(4)，再通过控制单元(5)控制成像单元(4)形成样品荧光图像，从而实现生物样品的荧光共聚焦成像。...

【技术特征摘要】
1.一种用于空间生物样品荧光观察的光纤共聚焦显微成像仪器，包括物镜单元(1)、光纤单元(2)、照明单元(3)、成像单元(4)、控制单元(5)，其特征在于：所述的物镜单元(1)包括物镜(1-1)，二向色滤光片(1-2)和平面反射镜(1-3)，物镜(1-1)的放大倍数为5×～60×可选，工作距离10mm；二向色滤光片(1-2)和平面反射镜(1-3)置于物镜(1-1)的像方光路中，平行放置；所述的光纤单元(2)包括传像光纤束(2-1)和照明光纤束(2-2)，传像光纤束(2-1)和照明光纤束(2-2)包含的光纤单丝数量根据探测器规格的不同从24000～210000可选、；传像光纤束(2-1)的一个端面与物镜单元(1)二向色滤光片(1-2)对应的像面衔接，另一端与传像光纤耦合系统(4-2)的物面衔接；照明光纤束(2-2)的一个端面与物镜单元(1)平面反射镜(1-3)对应的像面衔接，另一端与照明光纤耦合系统(3-2)的物面衔接；所述的照明单元(3)包括激发滤光片组件(3-1)，照明光纤耦合系统(3-2)和LED阵列(3-3)，激发滤光片组件(3-1)包括不同种波段的激发滤光片，照明光纤耦合系统(3-2)为放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，张涛，郑伟波，童广辉，章美敏，刘方武，袁永春，徐增闯，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31