[發(fā)明專利]一種提高單分子光學(xué)成像對比度的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710815710.3
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107478630B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳瑞云;周海濤;肖連團(tuán);張國峰;秦成兵;高巖;賈鎖堂
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康;朱世婷

1.一種提高單分子光學(xué)成像對比度的裝置，其特征在于：包括激光脈沖延遲和相位調(diào)制部分、信號分析和控制部分、單分子激發(fā)及熒光探測部分；

所述激光脈沖延遲和相位調(diào)制部分包括亞皮秒脈沖激光器(1)、λ/2波片(2)、50/50分束器(3)、直角反射鏡I(4)、直角反射鏡II(5)、電光調(diào)制器(6)、信號發(fā)生器(7)、高壓放大器(8)和λ/4波片(9)；所述λ/2波片(2)、50/50分束器(3)、直角反射鏡I(4)依次設(shè)在亞皮秒脈沖激光器(1)水平線偏振光輸出方向，所述直角反射鏡II(5)設(shè)在50/50分束器(3)反射光方向且直角反射鏡II(5)可沿光束傳播方向移動，所述λ/4波片(9)設(shè)在直角反射鏡II(5)和50/50分束器(3)之間，所述電光調(diào)制器(6)設(shè)在直角反射鏡I(4)和50/50分束器(3)之間，所述高壓放大器(8)和信號發(fā)生器(7)設(shè)在電光調(diào)制器(6)一側(cè)，高壓放大器(8)的信號輸出端與電光調(diào)制器(6)的信號輸入端連接，高壓放大器(8)的信號輸入端與信號發(fā)生器(7)的輸出端連接，所述信號發(fā)生器(7)提供調(diào)制信號，用于控制高壓放大器(8)輸出高壓信號加載到電光調(diào)制器(6)，所述高壓放大器(8)監(jiān)控信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡(16)輸入端連接；

所述單分子激發(fā)及熒光探測部分包括：二向色鏡(10)、物鏡(11)、三維納米位移臺(12)、單分子樣品(13)、針孔(14)、透鏡I(19)、透鏡II(20)和單光子探測器(15)；所述二向色鏡(10)設(shè)在50/50分束器(3)處合束后的激光傳輸方向上且起分光作用，物鏡(11)設(shè)在二向色鏡(10)的反射光路上，單分子樣品(13)固定在物鏡(11)上方的三維納米位移臺(12)上；透鏡I(19)、透鏡II(20)和單光子探測器(15)設(shè)在二向色鏡(10)的透射光路上，針孔(14)設(shè)在透鏡I(19)和透鏡II(20)之間，所述單光子探測器(15)的信號輸出端分別與數(shù)據(jù)采集卡(16)和時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器(17)的信號輸入端連接；

所述信號分析和控制部分包括：數(shù)據(jù)采集卡(16)、時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器(17)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(18)；所述數(shù)據(jù)采集卡(16)的信號輸出端與三維納米位移臺(12)的信號輸入端連接，三維納米位移臺(12)反饋信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡(16)的反饋信號輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡(16)用于控制三維納米位移臺(12)在x-y平面掃描，同時(shí)接收三維納米位移臺(12)的反饋信號；所述數(shù)據(jù)采集卡(16)和時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器(17)通過通用串行總線與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(18)連接，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(18)通過軟件實(shí)現(xiàn)信號分析和控制。

2.利用權(quán)利要求1所述的一種提高單分子光學(xué)成像對比度的裝置提高成像對比度的方法，其特征在于：包括以下步驟：

a、亞皮秒脈沖激光器(1)輸出的亞皮秒脈沖由50/50分束器(3)分為兩路脈沖光，兩路脈沖光各自經(jīng)過時(shí)間延遲系統(tǒng)后合束，形成相對延時(shí)可調(diào)的脈沖對序列；調(diào)節(jié)兩路脈沖序列的相對延時(shí)在零延時(shí)附近，通過電光調(diào)制器(6)調(diào)制兩束脈沖光之間的相對相位差；

b、合束后的脈沖對序列經(jīng)物鏡(11)聚焦后激發(fā)單分子，通過單光子探測器(15)對單分子熒光信號進(jìn)行探測，單光子探測器(15)將接收到的單光子信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電壓脈沖，然后發(fā)送至數(shù)據(jù)采集卡(16)和時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器(17)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(18)進(jìn)行信號分析；

c、數(shù)據(jù)采集卡(16)輸出電壓控制信號控制三維納米位移臺(12)，掃描樣品逐點(diǎn)經(jīng)過物鏡(11)聚焦光斑，并逐點(diǎn)探測相應(yīng)位置的熒光獲得單分子二維成像；時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器(17)逐點(diǎn)提取單分子熒光量子相干信號，經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(18)傅里葉變換后得到相應(yīng)調(diào)制頻率處的頻譜強(qiáng)度信息，獲得單分子熒光量子相干頻譜成像。