一种综合性单分子显微成像方法及装置制造方法及图纸

一种综合性单分子显微成像方法及装置，包括激光器、透镜组、分束器、四分之一波片、反射镜、三维位移台、待测样品、长焦管透镜、推拉式滤光板、成像物镜和工业相机。在光路中首先改变反射镜的角度使得入射光以相应材料所对应的超临界角或表面等离子体共振角等多种角度入射；其次使用一个推拉式滤光板调节样品面反射光的收集与否，实现在一套系统中对同一样品的全内反射

【技术实现步骤摘要】
一种综合性单分子显微成像方法及装置


[0001]本专利技术涉及光学显微成像
，尤其涉及一种综合性单分子显微成像方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，单分子检测方法的出现对于确定分子相互作用以便进行药物筛选、分子诊断、生物化学分析等带来了重要的发展，目前已经成为检测小颗粒和量化分子相互作用动力学的有力工具。具体技术例如干涉散射(iSCAT)、全(内)反射(TIR)、表面等离子体共振(SPR)、暗场、光波导、光学微腔等。这些技术各自有着独特的工作原理和独立的运作系统，导致现有的单分子显微装置往往很难同时具备，如果需要实现多个功能，则需要在同一显微平台上接入不同模块，使得系统复杂度，操作难度以及装配成本大幅增加。
[0003]全内反射技术利用入射光全反射后在介质另一面产生衰逝波的特性，激发分子以观察样品近场区域，观测的动态范围通常在200nm以下。因为激发光呈指数衰减的特性，只有极靠近全反射面的样品区域会产生反射，大大降低了背景光噪声干扰，故此项技术广泛应用于细胞表面物质的动态观察。
[0004]表面等离子体共振技术，通过共振检测金属界面传播的电子密度波动。当样品与基底表面的金属膜相互作用时，会引起膜表面折射率的变化，导致相应共振角度(SPR角)的变化，通过检测SPR角的变化，可以获得被分析物的浓度、亲和力、动力学常数和特异性等信息。
[0005]这两种方法的共同特征是在距离传感器表面几百纳米内产生倏逝场以进行测量。倏逝场强度在轴向方向上呈指数衰减，因此可以通过信号强度变化来监测跟踪分析物运动行为，分辨率低至亚纳米级。更重要的是，倏逝场可以显著减小照明体积，以增强光与分析物间相互作用并降低环境噪声，实现高灵敏度检测。但限制在于一是伴随等离子体增强的加热效应，限制了其在正常条件下检测微小生物分子的应用；二是受限倏逝场，其只能观测样品表面几百纳米范围内的的浅层区域；三是较为严苛的激发条件使得其本身光学系统结构趋向复杂。
[0006]干涉散射光学显微术(iSCAT)是一种新型的，基于光散射的远场光学成像技术，其中用相干光(例如激光)照射样品，信号由样品散射光与参考光(通常是从附近界面反射的光)之间的干涉产生。探测的颗粒信号与颗粒直径的三次方成正比，因此随着纳米颗粒尺寸的不断减小，干涉散射显微成像技术得以凸显更高的探测灵敏度。但由于较低的信背比使所获图像往往需要进行后处理，从而达到实时成像仍存在一定难度。
[0007]暗场显微技术通常利用直接阻挡中央光束，使其不能由下而上地通过样品进入物镜，从而使入射光改变途径，倾斜地照射在观察的样品上，样品面继而发生反射或散射后投入物镜内，因而整个视野显现黑暗特性。暗场成像往往较普通成像模式具有较高的对比度，但其所需的入射光强易于导致眩光和失真。
[0008]综上所述，利用多种成像模式的优势，提供一种多模态可相互补充验证的集成化
成像技术是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0009]为克服上述问题，本专利技术提供一种综合性单分子显微成像方法及装置。
[0010]本专利技术的第一个方面提供一种综合性单分子显微成像方法，包括以下步骤：
[0011](1)将激光光束由扩束准直之后经过分光棱镜反射，再通过四分之一波片改变偏振形式，穿过物镜投射到样品面；
[0012](2)将反射镜放置在电动三维平移载物台前侧，在三维空间内旋转调节反射镜的角度使得入射光以不同角度入射；
[0013](3)调节电动位移台在三维空间内的位置以使样品焦面与所用物镜匹配，检测光进一步汇聚到物镜的后焦面上；
[0014](4)将一个具有一定的宽度的推拉式滤光板用作掩膜，滑动滤光模块使得其可以阻挡或允许反射光束和大部分干涉形成的检测光进入镜筒透镜，并由相机进行收集。
[0015]进一步，所述步骤(2)中，通过调节反射镜的位置使得入射光以超临界角入射，引发倏逝波；
[0016]所述步骤(4)中，将一个推拉式滤光用作掩膜，该掩膜具有一定的宽度以阻挡反射光束即背景光，并允许大部分检测光进入镜筒透镜，由相机进行收集，实现全反射
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干涉散射成像。
[0017]进一步，所述步骤(2)中，通过调节反射镜的位置使得入射光以表面等离子体共振角入射，引发倏逝波；
[0018]所述步骤(4)中，将一个推拉式滤光板用作掩膜，该掩膜具有一定的宽度以阻挡反射光束即背景光，并允许大部分检测光进入镜筒透镜，由相机进行收集，实现表面等离子体共振
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干涉散射成像。
[0019]进一步，所述步骤(2)中，通过调节反射镜的位置可以使得入射光垂直入射；
[0020]所述步骤(4)中，将推拉式滤光板拉至空档位，使其同时允许样品散射光与基底反射光及二者的干涉光进入镜筒透镜，并由相机进行收集，实现干涉散射成像。
[0021]进一步，所述步骤(2)中，通过调节反射镜的位置可以使得入射光垂直入射；
[0022]所述步骤(4)中，将一个推拉式滤光板用作掩膜，该掩膜具有一定的宽度以阻挡反射光束即背景光，允许大部分检测光进入镜筒透镜，并由相机进行收集，实现暗场
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干涉散射成像。
[0023]本专利技术的第二个方面提供实施一种综合性单分子显微成像方法的反射式装置，包括激光器、第一聚焦透镜、第一准直透镜、第二聚焦透镜、第二准直透镜、偏振分光棱镜、玻片、反射镜、物镜、待测样品、推拉式滤光板、套筒透镜和相机；
[0024]激光器设置在温控底座上，由台式二极管电流控制器和温度控制器驱动；激光器出射的激光束依次入射第一聚焦透镜、第一准直透镜、第二聚焦透镜、第二准直透镜、偏振分光棱镜，入射线偏振光经偏振分光棱镜反射后通过玻片后变为圆偏振光；
[0025]反射镜放置在电动三维平移载物台前侧，在三位空间内旋转调节反射镜的角度使得入射光以超临界角入射；由带粗糙度的玻璃基底表面散射激发的倏逝波和待测样品的散射光发生干涉而形成的圆偏振光在通过玻片后变为p偏振光，再经偏振分光棱镜到达检测
路径；调节电动位移台在三维空间内的位置以使样品焦面与成像物镜匹配，检测光进一步汇聚到物镜的后焦面上；推拉式滤光板用作掩膜，该掩膜具有宽度以阻挡反射光束并允许大部分干涉形成的检测光进入镜筒透镜，并由相机进行收集。
[0026]进一步，另一种实施综合性单分子显微成像方法的反射式装置，其特征在于：包括激光器、第一聚焦透镜、第一准直透镜、第二聚焦透镜、第二准直透镜、偏振分光棱镜、玻片、反射镜、成像物镜、待测样品、推拉式滤光板、套筒透镜和相机；
[0027]激光器设置在温控底座上，由台式二极管电流控制器和温度控制器驱动；激光器出射的激光束依次入射第一聚焦透镜、第一准直透镜、第二聚焦透镜、第二准直透镜、偏振分光棱镜，入射线偏振光经偏振分光棱镜反射后通过玻片后变为圆偏振光；
[0028]反射镜放置在电动三维平移载物台前侧，在三维空间内旋转调节反射镜的角度使得入射光以表面等离子体共振角入射；由镀有一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合性单分子显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将激光光束由扩束准直之后经过分光棱镜反射，再通过四分之一波片改变偏振形式，穿过物镜投射到样品面；(2)将反射镜放置在电动三维平移载物台前侧，在三维空间内旋转调节反射镜的角度使得入射光以不同角度入射；(3)调节电动位移台在三维空间内的位置以使样品焦面与所用物镜匹配，检测光进一步汇聚到物镜的后焦面上；(4)将一个具有一定的宽度的推拉式滤光板用作掩膜，滑动滤光模块使得其可以阻挡或允许反射光束和大部分干涉形成的检测光进入镜筒透镜，并由相机进行收集。2.如权利要求1所述的一种综合性单分子显微成像方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过调节反射镜的位置使得入射光以超临界角入射，引发倏逝波；所述步骤(4)中，将一个推拉式滤光用作掩膜，该掩膜具有一定的宽度以阻挡反射光束即背景光，并允许大部分检测光进入镜筒透镜，由相机进行收集，实现全反射
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干涉散射成像。3.如权利要求1所述的一种综合性单分子显微成像方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过调节反射镜的位置使得入射光以表面等离子体共振角入射，引发倏逝波；所述步骤(4)中，将一个推拉式滤光板用作掩膜，该掩膜具有一定的宽度以阻挡反射光束即背景光，并允许大部分检测光进入镜筒透镜，由相机进行收集，实现表面等离子体共振
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干涉散射成像。4.如权利要求1所述的一种综合性单分子显微成像方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过调节反射镜的位置可以使得入射光垂直入射；所述步骤(4)中，将推拉式滤光板拉至空档位，使其同时允许样品散射光与基底反射光及二者的干涉光进入镜筒透镜，并由相机进行收集，实现干涉散射成像。5.如权利要求1所述的一种综合性单分子显微成像方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过调节反射镜的位置可以使得入射光垂直入射；所述步骤(4)中，将一个推拉式滤光板用作掩膜，该掩膜具有一定的宽度以阻挡反射光束即背景光，允许大部分检测光进入镜筒透镜，并由相机进行收集，实现暗场
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干涉散射成像。6.实施权利要求2所述的一种综合性单分子显微成像方法的反射式装置，其特征在于：包括激光器(1)、第一聚焦透镜(2)、第一准直透镜(3)、第二聚焦透镜(4)、第二准直透镜(5)、偏振分光棱镜(6)、1/4玻片(7)、反射镜(8)、物镜(9)、待测样品(10)、推拉式滤光板(11)、套筒透镜(12)和相机(13)；激光器(1)设置在温控底座上，由台式二极管电流控制器和温度控制器驱动；激光器(1)出射的激光束依次入射第一聚焦透镜(2)、第一准直透镜(3)、第二聚焦透镜(4)、第二准直透镜(5)、偏振分光棱镜(6)，入射线偏振光经偏振分光棱镜6反射后通过1/4玻片(7)后变为圆偏振光；反射镜(8)放置在电动三维平移载物台前侧，在三位空间内旋转调节反射镜(8)的角度使得入射光以超临界角入射；由带粗糙度的玻璃基底表面散射激发的倏逝波和待测样品(10)的散射光发生干涉而形成的圆偏振光在通过1/4玻片(7)后变为p偏振光，再经偏振分
光棱镜(6)到达检测路径；调节电动位移台在三维空间内的位置以使样品焦面与成像物镜(9)匹配，检测光进一步汇聚到物镜(9)的后焦面上；推拉式滤光板(11)用作掩膜，该掩膜具有宽度以阻挡反射光束并允许大部分干涉形成的检测光进入镜筒透镜(12)，并由相机(13)进行收集。7.实施权利要求3所述的一种综合性单分子显微成像方法的反射式装置，其特征在于：包括激光器(1)、第一聚焦透镜(2)、第一准直透镜(3)、第二聚焦透镜(4)、第二准直透镜(5)、偏振分光棱镜(6)、1/4玻片(7)、反射镜(8)、成像物镜(9)、待测样品(10)、推拉式滤光板(11)、套筒透镜(12)和相机(13)；激光器(1)设置在温控底座上，由台式二极管电流控制器和温度控制器驱动；激光器(1)出射的激光束依次入射第一聚焦透镜(2)、第一准直透镜(3)、第二聚焦透镜(4)、第二准直透镜(5)、偏振分光棱镜(6)，入射线偏振光经偏振分光棱镜6反射后通过1/4玻片(7)后变为圆偏振光；反射镜(8)放置在电动三维平移载物台前侧，在三维空间内旋转调节反射镜(8)的角度使得入射光以表面等离子体共振角入射；由镀有一定厚度的金属基底表面激发的倏逝波和待测样品(10)的散射光发生干涉而形成的圆偏振光在通过1/4玻片(7)后变为p偏振光，再经偏振分光棱镜(6)到达检测路径；推...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文杰，王瑾，张祖鑫，王权，杨思恒，陈勰宇，周楠，董建杰，匡翠方，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：