等离子体显微成像系统技术方案

本发明专利技术提出了一种等离子体显微成像系统，包括照明装置、金属薄膜组件、样品扫描台、显微成像装置和探测装置。本发明专利技术通过涡旋圆偏振光激发金属薄膜上的等离子体，使表面等离子体中心汇聚，获得亚衍射极限的激发光斑，实现超分辨光学成像。本发明专利技术的等离子体显微成像系统采用单束光照明，光路简单；通过样品台放置样品，无需金属纳米结构，样品制备简单；并且，该等离子体显微成像系统具有表面等离子增强效应，灵敏度好于一般的光学系统，可达到单分子探测水平；该等离子体显微成像系统对荧光染料和样品没有任何限制，系统可用于荧光信号成像、拉曼信号成像以及其它光学散射信号成像等。信号成像以及其它光学散射信号成像等。信号成像以及其它光学散射信号成像等。

【技术实现步骤摘要】
等离子体显微成像系统


[0001]本专利技术涉及显微成像
，尤其涉及一种等离子体显微成像系统。

技术介绍

[0002]本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
[0003]当今生命科学中的显微成像研究大约80％仍然使用光学显微镜，可以说生命科学的进步伴随着光学显微镜的发展。然而由于光学衍射极限的存在，使得光学显微镜的空间分辨率被限制在半个波长左右，这样的分辨率严重阻碍了生物学家们对亚细胞结构的精细研究。为此，人们先后发展了各种超分辨光学显微成像技术，例如受激辐射耗尽显微镜(Stimulated emission depletion STED)、结构光照明显微镜(Structured illumination microscope SIM)、近场扫描显微镜(Scanning near
‑
field optical microscopy SNOM)、光激活定位显微镜(Photo
‑
activated localization microscope PALM)和随机光学重构显微术(Stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)、探针增强拉曼(Tip enhanced Raman spectroscopy TERS)等。它们在光学成像方面都各具优缺点，如STED可实现极高的光学分辨，但是需要极高的损耗光强度，容易导致荧光染料的光漂白，并且光路复杂度高，对操作人员有较高的要求。PALM和STORM有很高的空间分辨率，但是荧光染料必须具有光激活性质以及后期需要复杂的数据处理。SIM则需要复杂的光路系统和数据后期处理。而SNOM和TERS需要探针与光路的高度协同，操作复杂。而且SNOM光纤探针传递激发光的效率不高，这大大限制了检测的灵敏度，TERS的探针和样品在高度汇聚的强光下极易烧毁。这都不利于这类技术的广泛应用与非相关专业人士的操控。
[0004]使用光场激发等离子体传播，利用等离子体的等效波长较短的性质，实现超分辨光学成像。为了对等离子传播方向进行控制，通常需要特殊设计的金属纳米结构，如纳米孔、纳米球、纳米沟甚至纳米阵列等，这使得样品制备格外复杂，且只能适用于特定的波长。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是至少解决现有的等离子体显微镜的分辨率较为局限且样品制备复杂的技术问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提出了一种等离子体显微成像系统，包括：
[0007]照明装置，用于产生涡旋圆偏振光；
[0008]金属薄膜组件，包括金属薄膜和基底，所述金属薄膜的一面贴设于所述基底；
[0009]样品扫描台，所述样品扫描台用于放置样品，并实现样品成像扫描；
[0010]显微成像装置，用于将所述涡旋圆偏振光汇聚成空壳型的激发光斑，所述激发光斑激发所述金属薄膜的等离子体形成亚衍射极限的等离子体激发光斑，所述等离子体激发光斑用于激发所述样品扫描台上的样品并发射信号光；
[0011]探测装置，用于滤除激发光，并将所述信号光汇聚成像。
[0012]本专利技术通过涡旋圆偏振光激发金属薄膜上的等离子体，使表面等离子体中心汇
聚，获得亚衍射极限的激发光斑，实现超分辨光学成像。本专利技术的等离子体显微成像系统采用单束光照明，光路简单；通过样品台放置样品，无需金属纳米结构，样品制备简单；并且，该等离子体显微成像系统具有表面等离子增强效应，灵敏度好于一般的光学系统，可达到单分子探测水平；该等离子体显微成像系统对荧光染料和样品没有任何限制，系统可用于荧光信号成像、拉曼信号成像以及其它光学散射信号成像等。
[0013]另外，根据本专利技术的等离子体显微成像系统，还可具有如下附加的技术特征：
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述照明装置包含沿光路依次设置的激发激光器、偏振片、波片和位相板，所述激发激光器产生预设波长的激光，所述偏振片将所述激发激光器发出的激光调制为偏振光，所述波片将所述偏振光调制为圆偏振光，所述位相板将所述圆偏振光调制为涡旋圆偏振光。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述偏振光为线性偏振光。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述波片为四分之一波片。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述显微成像装置包括沿光路依次设置的激发物镜，所述激发物镜接收所述照明装置射出的所述涡旋圆偏振光，并且汇聚所述涡旋圆偏振光在所述金属薄膜上形成所述激发光斑，所述空壳型光斑在所述金属薄膜的表面激发中心汇聚的表面等离子体，并产生亚衍射极限的所述等离子体激发光斑。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述显微成像装置还包括反射镜，所述反射镜设置在所述照明装置和所述激发物镜之间的光路上，所述反射镜用于将所述照明装置发出的所述涡旋圆偏振光反射至所述激发物镜。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述样品扫描台包括样品承载装置和位置调节装置，所述样品承载装置用于放置所述样品，所述位置调节装置与所述样品承载装置连接，所述位置调节装置能够调节所述样品承载装置的位置，以调节所述样品的被扫描位置。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述探测装置包括沿光路依次设置的滤光片、收集透镜和成像相机，所述滤光片能够将所述激发光滤除，所述收集透镜能够将所述信号光汇聚在成像相机上并形成激发焦斑的像，所述成像相机将所述信号光所成的激发焦斑的像转换为电信号。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述成像相机包括光电探测器和上位机，所述光电探测器用于采集所述收集透镜的汇聚信号光，并将采集到的光信号发送给所述上位机，所述上位机用于根据所述光信号，生成与所述样品对应的显微图像。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述金属薄膜的材质为贵金属，所述金属薄膜以镀膜的方式设置在所述基底上。
附图说明
[0023]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0024]在附图中：
[0025]图1示意性地示出了根据本专利技术实施方式的等离子体显微成像系统的结构示意图；
[0026]图2示意性地示出了根据本专利技术实施方式的等离子体显微成像系统对40纳米直径荧光颗粒的成像图；
[0027]图3为本专利技术实施例提供的等离子体显微成像系统对海拉细胞中微管的荧光成像图；
[0028]图4为本专利技术实施例提供的等离子体显微成像系统对纳米管的拉曼散射成像图。
[0029]附图标记如下：
[0030]10：照明装置、11：激发激光器、12：偏振片、13：波片、14：位相板；
[0031]20：显微成像装置、21：反射镜、22：激发物镜、23：金属薄膜；
[0032]30：探测装置、31：滤光片、32：收集透镜、33本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体显微成像系统，其特征在于，包括：照明装置，用于产生涡旋圆偏振光；金属薄膜组件，包括金属薄膜和基底，所述金属薄膜的一面贴设于所述基底表面；样品扫描台，所述样品扫描台用于放置样品，并实现样品成像扫描；显微成像装置，用于将所述涡旋圆偏振光汇聚成空壳型的激发光斑，所述激发光斑激发所述金属薄膜的等离子体形成亚衍射极限的等离子体激发光斑，所述等离子体激发光斑用于激发所述样品扫描台上的样品并发射信号光；探测装置，用于滤除激发光，并将所述信号光汇聚成像。2.根据权利要求1所述的等离子体显微成像系统，其特征在于，所述照明装置包含沿光路依次设置的激发激光器、偏振片、波片和位相板，所述激发激光器产生预设波长的激光，所述偏振片将所述激发激光器发出的激光调制为偏振光，所述波片将所述偏振光调制为圆偏振光，所述位相板将所述圆偏振光调制为涡旋圆偏振光。3.根据权利要求2所述的等离子体显微成像系统，其特征在于，所述偏振光为线性偏振光。4.根据权利要求2所述的等离子体显微成像系统，其特征在于，所述波片为四分之一波片。5.根据权利要求1所述的等离子体显微成像系统，其特征在于，所述显微成像装置包括沿光路依次设置的激发物镜，所述激发物镜接收所述照明装置射出的所述涡旋圆偏振光，并且汇聚所述涡旋圆偏振光在所述金属薄膜上形成所述激发光斑，所述空壳型光斑在所述金属薄膜的表面激发中心汇聚的表面等...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁景和，寇晓龙，方晓红，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：