[發(fā)明專利]基于納米孔—微透鏡掃描超分辨顯微成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910552893.3
• 申請(qǐng)日: 2019-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN110231321B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏達(dá);邵麗娜;石巖;初宏亮;王慧利;孫佳音
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64;G02B21/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 李外

1.基于納米孔—微透鏡掃描超分辨顯微成像系統(tǒng)，包括掃描光學(xué)系統(tǒng)、Z軸掃描控制系統(tǒng)、倒置熒光顯微成像系統(tǒng)以及自動(dòng)定焦和鎖焦系統(tǒng)，其特征是；所述納米孔—微透鏡產(chǎn)生的超衍射極限聚焦光斑激發(fā)樣品的熒光信號(hào)，根據(jù)納米孔—微透鏡Z軸掃描控制系統(tǒng)確定納米孔—微透鏡聚焦光斑和樣品之間距離，控制三維壓電陶瓷位移臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的三維方向掃描，自動(dòng)定焦和鎖焦系統(tǒng)確定顯微物鏡和樣品的焦面并鎖定該焦面，最后采用倒置熒光顯微鏡對(duì)樣品的超分辨成像；

所述掃描光學(xué)系統(tǒng)包括激光器(4)、偏振片(5)、第一聚焦透鏡(6)、第一光纖耦合器(7)、掃描探針(8)和三維壓電陶瓷位移臺(tái)(9)；

所述Z軸掃描控制系統(tǒng)包括近紅外激光器(10)、衰減片(11)、第二聚焦透鏡(12)、第一光纖環(huán)形器端口(13)、第二光纖環(huán)形器端口(14)、第三光纖環(huán)形器端口(15)和雪崩二極管(16)；

所述倒置熒光顯微成像系統(tǒng)包括顯微物鏡(18)、Z軸壓電陶瓷(19)、二向色鏡(20)、發(fā)射濾光片(21)、第三聚焦透鏡(22)和傳感器(23)；

所述自動(dòng)定焦和鎖焦系統(tǒng)包括激光二極管(24)、空間濾波器(25)、準(zhǔn)直器(26)、半透半反濾光片(27)、長(zhǎng)波通濾光片(28)、第四聚焦透鏡(29)和線陣CCD(30)；

調(diào)整激光器(4)發(fā)出可見單色激光經(jīng)偏振片(5)和第一聚焦透鏡(6)后通過光纖耦合器(7)傳輸至掃描探針(8)；

所述激光經(jīng)過掃描探針(8)照射樣品(17)，由樣品(17)產(chǎn)生的熒光通過顯微物鏡(18)匯聚，然后經(jīng)過二向色鏡(20)透射，發(fā)射濾光片(21)濾光以及經(jīng)第三聚焦透鏡(22)聚焦后由傳感器(23)接收；

所述三維壓電陶瓷位移臺(tái)(9)對(duì)樣品掃描過程中，每移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)數(shù)字觸發(fā)信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)接收的觸發(fā)信號(hào)向傳感器(23)發(fā)送采集數(shù)據(jù)控制信號(hào)；

所述掃描探針(8)固定在三維壓電陶瓷位移臺(tái)(9)上，顯微物鏡(18)固定在Z軸壓電陶瓷(19)上；

近紅外激光器(10)出射激光經(jīng)過衰減片(11)和第二聚焦透鏡(12)進(jìn)入第一光纖環(huán)形器端口(13)，第一光纖環(huán)形器端口(13)將激光傳輸至第二光纖環(huán)形器端口(14)，第二光纖環(huán)形器端口(14)探測(cè)樣品(17)的后向散射光，所述后向散射光經(jīng)第三光纖環(huán)形器端口(15)后由雪崩二極管(16)探測(cè)接收；

所述雪崩二極管(16)根據(jù)接收的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集卡，根據(jù)對(duì)電信號(hào)的處理和分析控制三維壓電陶瓷位移臺(tái)(9)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的三維方向掃描，并確定納米孔—微透鏡聚焦光斑和樣品之間距離；

所述激光二極管(24)產(chǎn)生的近紅外激光經(jīng)過空間濾波器(25)變成高斯點(diǎn)光源，所述點(diǎn)光源入射到準(zhǔn)直器(26)變成平行光，所述平行光經(jīng)過半透半反濾光片(27)和長(zhǎng)波通濾光片(28)后由二向色鏡(20)反射至顯微物鏡(18)，并到達(dá)樣品(17)表面，所述樣品(17)被激發(fā)后產(chǎn)生的發(fā)射激光由顯微物鏡(18)接收并到達(dá)焦面，經(jīng)焦面反射的光經(jīng)長(zhǎng)波通濾光片(28)和半透半反濾光片(27)后經(jīng)第四聚焦透鏡(29)反射進(jìn)入線陣CCD(30)；

所述線陣CCD(30)接收焦面反射的光信號(hào)并傳至數(shù)據(jù)采集卡，根據(jù)信號(hào)特征進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并發(fā)送控制信號(hào)至Z軸壓電陶瓷(19)，所述Z軸壓電陶瓷(19)控制顯微物鏡(18)的Z軸方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦和鎖焦。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米孔—微透鏡掃描超分辨顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：還包括制備納米孔-微透鏡；

首先建立模型和數(shù)值仿真，優(yōu)化納米孔—微透鏡參數(shù)；

然后采用真空離子濺射鍍膜機(jī)在微透鏡(1)表面鍍金屬薄膜(2)，采用聚焦離子束刻蝕技術(shù)在鍍有金屬薄膜的微透鏡表面刻蝕納米孔，最終形成納米孔—微透鏡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米孔—微透鏡掃描超分辨顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：由光纖(8-1)、準(zhǔn)直器(8-2)以及納米孔—微透鏡(8-3)組成掃描探針，光源經(jīng)準(zhǔn)直器(8-2)準(zhǔn)直后通過微透鏡的納米孔照射至樣品表面；所述掃描探針(8)作為負(fù)載固定在三維壓電陶瓷位移臺(tái)(9)上，完成對(duì)樣品的掃描。