[發(fā)明專利]一種基于光鑷和微球透鏡的光學(xué)超分辨率成像系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810658731.3
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108469686A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李睿;王蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G02B27/58
• 分類號: G02B27/58;G02B21/32
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明提供了一種基于光鑷和微球透鏡的光學(xué)超分辨率成像系統(tǒng)，用于生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)研究領(lǐng)域。一種基于光鑷和微球透鏡的光學(xué)超分辨率成像系統(tǒng)，包括CCD、激光、半透半反鏡、物鏡、微球透鏡、樣品池、樣品以及移動平臺，樣品置于樣品池中，微球透鏡被光控制在樣品表面附近；樣品池置于移動平臺上；CCD用于接收第一半透半反鏡反射的光，并呈現(xiàn)出超分辨率圖像。本發(fā)明采用微球透鏡打破了光學(xué)顯微鏡的光學(xué)衍射極限，將光鑷和微球透鏡顯微技術(shù)相融合，能對納米級的樣品進(jìn)行實時成像。針對待觀測的目標(biāo)，可以先利用激光與物鏡構(gòu)成的光鑷系統(tǒng)調(diào)節(jié)微球與樣品距離使聚焦平面鎖定待觀測目標(biāo)的位置，再利用位移臺進(jìn)行超分辯率動態(tài)觀測和掃描成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于光鑷和微球透鏡的光學(xué)超分辨率成像系統(tǒng)，具體是利用激光和物鏡構(gòu)成的光鑷系統(tǒng)控制微球透鏡與樣品之間的距離，利用三維位移平臺的移動對樣品進(jìn)行光學(xué)超分辨率掃描成像，它可以實現(xiàn)對納米結(jié)構(gòu)的樣本進(jìn)的超分辨成像，可用于生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

受衍射極限的限制，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率只能達(dá)到入射光波長的一半，而一些超分辨顯微鏡其制作工藝復(fù)雜、對成像有嚴(yán)格的要求。例如掃描電鏡和透射電鏡對樣品有要求，且需在真空內(nèi)對樣品進(jìn)行成像。不適用于觀察活體生物樣本，而掃描近場光學(xué)顯微鏡則要求光纖探針與樣品表面十分接近才能進(jìn)行成像，且成像的時間較長，實時觀測不能被實現(xiàn)。本發(fā)明利用光的力效應(yīng)對微球進(jìn)行控制，實現(xiàn)了超分變率成像。將直徑為微米或毫米的微球控制在樣品表面，能顯著提高傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種可以實現(xiàn)光學(xué)超分辨率成像的基于光鑷和微球透鏡的光學(xué)超分辨率成像系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于光鑷和微球透鏡的光學(xué)超分辨率成像系統(tǒng)，包括CCD1、激光2、半透半反鏡3、物鏡4、微球透鏡5、樣品6、樣品池7以及移動平臺8，樣品6置于樣品池7中，微球透鏡5被光鑷控制在樣品6表面附近；樣品池7置于移動平臺8上；CCD1用于接收第一半透半反鏡3反射的光，并呈現(xiàn)出超分辨率圖像。

將樣品6固定于樣品池7中，并通過調(diào)節(jié)激光2和物鏡4所構(gòu)成的光鑷系統(tǒng)改變微球透鏡5與樣品6之間的距離；使激光2被半透半反鏡3透射，再通過物鏡4，最終經(jīng)過微球透鏡5聚焦到樣品6的待觀測平面上，通過位移平臺8移動樣品6到觀測區(qū)域，樣品6反射的光經(jīng)微球透鏡5，再通過物鏡4經(jīng)第一半透半反鏡3反射最后被CCD1接收并呈現(xiàn)超分辨率圖像。

所述的光控制采用的方式：激光2先透過第一半透半反鏡3，再經(jīng)過物鏡4，直接控制微球透鏡5。

所述的光學(xué)超分辨率成像系統(tǒng)還包括振鏡9，振鏡9位于半透半反鏡3和物鏡4之間。

所述的光學(xué)超分辨率成像系統(tǒng)第一半透半反鏡3由二向色鏡10替換，并在CCD1和第一半透半反鏡3之間增加第二半透半反鏡12，光源11經(jīng)第二半透半反鏡12進(jìn)行傳輸。

所述的第一半透半反鏡3與激光傳輸方向成45°夾角。

所述的第二半透半反鏡12與光源傳輸方向成45°夾角。

所述的微球透鏡5的直徑為微米或毫米。

所述的物鏡4的放大倍數(shù)不小于40倍。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明采用微球透鏡打破了光學(xué)顯微鏡的光學(xué)衍射極限，將光鑷和微球透鏡顯微技術(shù)相融合，能對納米級的樣品進(jìn)行實時成像。

針對待觀測的目標(biāo)，可以先利用激光2與物鏡4構(gòu)成的光鑷系統(tǒng)調(diào)節(jié)微球5與樣品6距離使聚焦平面鎖定待觀測目標(biāo)的位置，再利用位移臺進(jìn)行超分辯率動態(tài)觀測和掃描成像。

在對樣品進(jìn)行實時成像時，無需額外對樣品進(jìn)行修飾。

附圖說明