[發(fā)明專利]一種基于干涉測量的單分子軸向定位裝置及其工作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011083013.1
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112113501A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 谷陸生;紀(jì)偉;徐濤;付彥輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院生物物理研究所
• 主分類號: G01B9/04
• 分類號: G01B9/04;G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

本發(fā)明提供了一種基于干涉測量的單分子軸向定位裝置及其工作方法，其中，所述單分子軸向定位裝置包括光源系統(tǒng)、照明及調(diào)制系統(tǒng)、顯微成像系統(tǒng)和信號控制處理系統(tǒng)。本發(fā)明的激發(fā)光分為兩路從相對位置照射樣品，在樣品處產(chǎn)生軸向干涉同時對樣品的熒光分子進(jìn)行激發(fā)。通過照明圖案的相位和光源強(qiáng)度快速切換，實(shí)現(xiàn)不同相位的圖像同時采集，然后對單分子在不同照明圖案下的亮度計算其相對于照明條紋的相位，再通過相位對位置進(jìn)行解析，從而實(shí)現(xiàn)更高的軸向定位精度。利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對單分子的軸向位置測量，相比以往的定位方法具有精度高且不受干涉長度的影響等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熒光光信號測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于干涉測量的單分子軸向定位裝置及其工作方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡由于光的衍射現(xiàn)象導(dǎo)致了分辨率極限的存在，一般為側(cè)向200nm左右，軸向500nm左右。而近年來基于單分子定位的超分辨顯微成像技術(shù)能夠突破這種分辨率限制。這種成像技術(shù)依賴于對單個分子的熒光光信號的精確定位，而對單分子進(jìn)行軸向定位的精度直接影響到三維成像的分辨能力。通常的軸向定位方式是在光路中加入柱面鏡引入像散，或者進(jìn)行雙層面成像，通過單分子圖像的形狀判斷軸向位置。這種定位方法通常精度遠(yuǎn)低于XY方向的定位精度，因此導(dǎo)致三維水平的分辨率較低。同時還有一種定位方法，使用兩個顯微物鏡對樣品同時成像，并將單分子熒光進(jìn)行干涉，使用干涉測量的方式進(jìn)行定位，這種方式能夠極大地提高軸向定位精度，但是光路復(fù)雜，對穩(wěn)定性要求很高，而且熒光的干涉距離很短，導(dǎo)致每次更換樣品之后干涉的兩條光路需要精細(xì)調(diào)節(jié)光程差。因此，解決上述問題對單分子定位和超分辨熒光熒光顯微成像具有重要的意義和應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種基于干涉測量的單分子軸向定位裝置及其工作方法，通過使用激發(fā)光干涉測量的方式進(jìn)行單分子定位，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中軸向定位精度低的問題，同時也可以解決使用干涉測量存在的干涉距離過短，光路需要不斷調(diào)整的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種基于干涉測量的單分子軸向定位裝置，包括：

光源系統(tǒng)，其用于提供激發(fā)光；

照明及調(diào)制系統(tǒng)，其與所述光源系統(tǒng)光路連接，所述照明及調(diào)制系統(tǒng)用于將激光分為兩個光路并在樣品處匯聚產(chǎn)生干涉圖樣，同時調(diào)制圖樣的相位；

顯微成像系統(tǒng)，其與所述照明及調(diào)制系統(tǒng)光路連接，所述顯微成像系統(tǒng)用于收集樣品產(chǎn)生的光信號并將收集的光信號匯聚到光電傳感器的不同區(qū)域；

信號控制處理系統(tǒng)；其分別與光源系統(tǒng)、照明及調(diào)制系統(tǒng)、顯微系成像系統(tǒng)連接，以對光源系統(tǒng)、照明及調(diào)制系統(tǒng)、顯微系成像系統(tǒng)進(jìn)行同步有序控制。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述光源系統(tǒng)包括激光器，在激光器的光路上依次設(shè)置有強(qiáng)度調(diào)制器和1/2波片，通過激光器發(fā)出的激光經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制器控制光強(qiáng)，通過1/2波片控制偏振狀態(tài)后進(jìn)入到調(diào)制系統(tǒng)中。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述強(qiáng)度調(diào)制器為聲光調(diào)制器。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述照明及調(diào)制系統(tǒng)包括電光調(diào)制器和偏振分光鏡，由所述光源系統(tǒng)發(fā)出的激光經(jīng)過所述電光調(diào)制器調(diào)制光束中兩個偏振態(tài)之間的相位差，之后經(jīng)過所述偏振分光鏡將兩個偏振態(tài)分離形成光路a和光路b。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述光路a上依次設(shè)有第一擴(kuò)束器、第一反射鏡、第二反射鏡、第一聚焦透鏡和第三反射鏡；所述光路b上依次設(shè)有第二擴(kuò)束器和第二聚焦透鏡。