一种简易荧光显微镜制造技术

本实用新型专利技术涉及一种简易荧光显微镜，属于显微成像技术领域。其中光源、透镜和激发端滤光片依次排列形成第一光路，物镜、二向色镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜和智能手机的摄像头依次排列形成第二光路，第一光路与第二光路相互垂直，并在二向色镜处相交，待观测生物样本置于物镜的下方。本简易荧光显微装置采用光电元器件与配套的光机组件均为常规的光电器件，大大降低了系统的结构复杂度，极大地降低了设备成本。其中使用了智能手机的摄像头采集图像，实现体视效果，使系统的结构简单、紧凑，并降低了系统成本。本简易荧光显微镜可推进荧光显微镜在生物医学教学、研究中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种简易荧光显微镜
本技术涉及一种简易荧光显微镜，属于显微成像

技术介绍
当前，显微成像在生物医学研究、新型材料表征等领域中有着重要的应用。传统的光学显微镜是基于样品的光吸收、相位梯度和双折射等物理量进行成像，通常具有低对比度的缺点。而荧光显微成像通过利用样本发射荧光的特性对单个分子物质的时空分布进行成像。其中荧光是当分子受到光激发时，电子从基态跃迁到激发态，经弛豫后再回到基态的过程中所辐射出的光。由于荧光物质的激发光谱与辐射光谱之间存在着斯托克斯位移，可采用滤光片容易地滤出发射荧光。在滤掉激发光之后，只观测样本所发射的荧光信号，可显著地提高成像对比度。由于荧光显微成像具有可特异性标记、可对活体细胞进行实时动态成像等优势，已成为当前生物科学研究必备的技术手段。采用荧光显微成像不仅可以研究特定细胞或细胞器的结构及其动态变化，还可以基于钙离子或电压敏感的荧光分子研究生理动态过程。对于不同的细胞或细胞器，采用不同光谱特性的荧光蛋白分别进行特异性标记，还可以研究它们之间的动态相互作用。然而，现有的商用荧光显微镜结构复杂、价格昂贵，不利于荧光显微镜的广泛使用。降低荧光显微镜成本及复杂度将有助于推进生物医学研究。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种简易荧光显微装置，采用简单的光电元器件设计、组装形成简易荧光显微镜，以降低系统的结构复杂度；并通过智能手机的摄像头替代目镜或相机，降低设备成本，同时在操作与图像的后期处理上更加灵活方便。本技术提出的简易荧光显微镜，共有两种不同结构的实现方式，其中：第一种简易荧光显微镜，包括光源、透镜、激发端滤光片、二向色镜、物镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜和智能手机；所述的光源、透镜和激发端滤光片依次排列形成第一光路，所述的物镜、二向色镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜和智能手机的摄像头依次排列形成第二光路，所述的第一光路与第二光路相互垂直，并在二向色镜处相交，待观测生物样本置于物镜的下方。第二种简易荧光显微镜，包括光源、透镜、激发端滤光片、二向色镜、物镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜、分束反射镜、左反射镜、右反射镜和智能手机，所述的智能手机包含两个摄像头；所述的光源、透镜和激发端滤光片依次排列形成第一光路，所述的物镜、二向色镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜、分束反射镜和智能手机依次排列形成第二光路，所述的第一光路与第二光路相互垂直，并在二向色镜处相交，分束反射镜的两反射面的法线方向分别与第二光路成45度角，左反射镜、右反射镜的法线方向分别与第二光路成45度角，左反射镜、右反射镜相对于第二光路对称，待观测生物样本置于物镜的下方。本技术提出的简易荧光显微装置，其优点是：(1)本技术的简易荧光显微装置，其所采用的光电元器件与配套的光机组件均为常规的光电器件，可直接从光电器件供应商采购，因此大大降低了系统的结构复杂度，并降低了系统成本。(2)本技术的简易荧光显微装置中使用了智能手机的摄像头采集图像，不需使用目镜或相机，利用智能手机的双摄像头，实现体视效果，因此使系统的结构简单、紧凑，极大地降低了设备成本。(3)使用本技术的简易荧光显微镜，可以获得待观测生物样本的宽视场、高分辨率、具有体视效果的荧光图像，且系统结构简单、紧凑，光机元件易于获得，可推进荧光显微镜在生物医学教学、研究中的应用。附图说明图1为本技术提出的简易荧光显微镜的光路图。图2为本技术提出的简易荧光显微镜的另一种结构的光路图。图1-图2中，1是光源，2是透镜，3是激发端滤光片，4是二向色镜，5是物镜，6是待观测生物样本，7是收集端滤光片，8是凸透镜，9是凹透镜，10是智能手机，11是分束反射镜，12是左反射镜，13是右反射镜。箭头表示光的方向，虚线表示光束。具体实施方式本技术提出的使用智能手机采集图像的简易荧光显微镜，具有两种不同结构的实现方式，其中：第一种简易荧光显微镜，其结构如图1所示，包括光源1、透镜2、激发端滤光片3、二向色镜4、物镜5、收集端滤光片7、凸透镜8、凹透镜9和智能手机10；所述的光源1、透镜2和激发端滤光片3依次排列形成第一光路，所述的物镜5、二向色镜4、收集端滤光片7、凸透镜8、凹透镜9和智能手机10的摄像头依次排列形成第二光路，所述的第一光路与第二光路相互垂直，并在二向色镜4处相交，待观测生物样本置于物镜5的下方。第二种简易荧光显微镜，其结构如图2所示，包括光源1、透镜2、激发端滤光片3、二向色镜4、物镜5、收集端滤光片7、凸透镜8、凹透镜9、分束反射镜11、左反射镜12、右反射镜13和智能手机10，所述的智能手机10包含两个摄像头；所述的光源1、透镜2和激发端滤光片3依次排列形成第一光路，所述的物镜5、二向色镜4、收集端滤光片7、凸透镜8、凹透镜9、分束反射镜11和智能手机10依次排列形成第二光路，所述的第一光路与第二光路相互垂直，并在二向色镜4处相交，分束反射镜11的两反射面的法线方向分别与第二光路成45度角，左反射镜12、右反射镜13的法线方向分别与第二光路成45度角，左反射镜12、右反射镜13相对于第二光路对称，待观测生物样本置于物镜5的下方。以下结合附图，详细介绍本技术提出的一种简易荧光显微镜的工作原理和工作过程：图1所示的简易荧光显微镜中，光源1采用LED光源，透镜2与物镜5共同构成柯勒照明，用于在待测生物样本6上产生均匀照明的激发光。由于光源1通常为宽谱光源，因此需要通过激发端滤光片3筛选出适合激发待观测生物样本中所标记的荧光蛋白的激发光。激发光透射通过激发端滤光片3后，被二向色镜4反射进入物镜5，并聚焦在待观测生物样本6上，待观测生物样本6中的荧光物质被激发，并发射出荧光信号，以上过程为荧光的激发过程。随后由物镜5收集待观测生物样本6所发射的荧光信号，将此荧光信号命名为发射光。发射光透射通过二向色镜4和收集端滤光片7后，经过凸透镜8与凹透镜9缩束，经缩束后的发射光直接经智能手机10摄像头成像，并在智能手机10中记录，智能手机10所获得的图像即为待观测生物样本的荧光图像，以上为荧光的收集过程。图1中的虚线表示光束。图1所示的简易荧光显微镜中，设凸透镜8的焦距为|f1|、凹透镜9焦距为|f2|、物镜5的出瞳孔径为D1、智能手机10摄像头的入瞳孔径为D2，则发射光的缩束比例M可表示为M＝|f2|/|f1|＝D2/D1，凹透镜9与凸透镜8之间的距离为|f1|-|f2|。因此必须根据物镜5与智能手机10摄像头的实际情况，选用合适的凸透镜8、凹透镜9。图2所示的简易荧光显微镜中，所选用的智能手机10含有两个摄像头，与图1所示的简易荧光显微镜相比，增加了分束反射镜11、反射镜12和反射镜13。其中荧光的激发过程与图1所示相同。在待观测生物样本6发射出荧光信号后，由物镜5收集待观测生物样本6所发射的荧光信号，将此荧光信号命名为发射光。发射光透射通过二向色镜4和收集端滤光片7后，经凸透镜8、凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种简易荧光显微镜，其特征在于包括光源、透镜、激发端滤光片、二向色镜、物镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜和智能手机；所述的光源、透镜和激发端滤光片依次排列形成第一光路，所述的物镜、二向色镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜和智能手机的摄像头依次排列形成第二光路，所述的第一光路与第二光路相互垂直，并在二向色镜处相交，待观测生物样本置于物镜的下方。/n

【技术特征摘要】
1.一种简易荧光显微镜，其特征在于包括光源、透镜、激发端滤光片、二向色镜、物镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜和智能手机；所述的光源、透镜和激发端滤光片依次排列形成第一光路，所述的物镜、二向色镜、收集端滤光片、凸透镜、凹透镜和智能手机的摄像头依次排列形成第二光路，所述的第一光路与第二光路相互垂直，并在二向色镜处相交，待观测生物样本置于物镜的下方。


2.一种简易荧光显微镜，其特征在于该简易荧光显微镜包括光源、透镜、激发端滤光片、二向色镜、物镜、收集端...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令杰，施汝恒，翟家振，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11