[发明专利]一种研究分子迁移运动的装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学显微领域，特别是一种分析更为简单而精确的、能够测量扩散系数的一种研究分子迁移运动的装置。

背景技术

光脱色又称光漂白，是指在光的照射下荧光物质所激发出来的荧光强度随着时间推移逐步减弱乃至消失的现象。荧光成像的质量很大程度上依赖于荧光信号强度，提高激发光强度可以提高信号强度，但当激发光的强度超过一定限度时，光吸收就趋于饱和，并不可逆地破坏激发态分子，这就是光漂白现象。荧光漂白后恢复技术是使用亲脂性或亲水性的荧光分子，如荧光素、绿色荧光蛋白等与蛋白或脂质耦联，用于检测所标记分子在活体细胞表面或细胞内部运动及其迁移速率。荧光漂白后的恢复技术的原理是：利用高能激光照射细胞的某一特定区域，使该区域内标记的荧光分子不可逆的淬灭，这一区域称荧光漂白区。随后，由于细胞质中的脂质分子或蛋白质分子的运动，周围非漂白区荧光分子不断向光漂白区迁移，结果使荧光漂白区的荧光强度逐渐地回复到原有水平，在此基础上迫切需要一种具有能够用于测量扩散系数的装置及方法。

传统的使用光漂白后荧光恢复的方法来研究分子迁移扩散等运动的技术具有的缺陷有：为了达到实验中光信号采集的需求，荧光分子的密度需要很高；光束轮廓的测量需要非常精确；光漂白过程的监控不容易达到，从而需要较高的光强进行光漂白，这样有可能会破坏样品分子的结构，特别是一些生物样品分子。所述一种研究分子迁移运动的装置使用平面的光斑对样品进行光漂白及随后的监控探测，解决了上述缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明装置使得在样品表面产生明暗相间的条纹状的光斑区域，在亮条纹区域用强光进行光漂白后，继续保持较低强度光照，来探测明暗条纹之间的对比度随时间的变化，并通过后续分析来得到待测分子的扩散系数等信息，布朗扩散系数可以独立地得到，其是整个光斑图案区域的平均值。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种研究分子迁移运动的装置主要包括激光器、起偏器、普克尔盒、检偏器、分光器、样品、位移台、平面镜、光纤、滤光片、光电倍增管、锁相放大器、电缆，所述锁相放大器通过电缆分别连接所述普克尔盒和所述位移台，所述样品表面的光能经过所述光纤以及所述滤光片传输到所述光电倍增管中，所述普克尔盒能够使激光产生一个小于1秒的极短的满强度的脉冲，所述光电倍增管能收集光漂白后由于分子扩散运动而新出现的荧光信号，然后通过所述锁相放大器进行分析，从而得到所述样品表面亮条纹部分与暗条纹部分的荧光强度之平均对比度C(t)。

所述激光器、起偏器、普克尔盒、检偏器、分光器、样品同线，能够使得所述激光器发射的激光束经过所述起偏器、普克尔盒、检偏器后由所述分光器分为两束激光，一束激光经过距离L直接照射于所述样品表面，另一束激光经过距离a后到达所述平面镜，经过所述平面镜反射后照射于所述样品表面，上述照射于所述样品表面的两束激光呈θ角，能够在所述样品表面处产生光的干涉图案，所述距离a和L可调，从而能够通过改变所述角θ的值改变所述样品表面干涉条纹间距i；所述位移台上连接有所述平面镜、且能够对所述平面镜进行位置调制，使得所述平面镜沿其法向方向以频率800Hz进行正弦振动，从而改变所述样品表面处干涉条纹位置。

采用本发明装置进行研究的方法步骤为：

一.所述激光器发射的激光束经过所述起偏器、普克尔盒、检偏器后，由所述分光器分为两束激光，一束激光经过距离L直接照射于所述样品表面，另一束激光经过距离a后到达所述平面镜，经过所述平面镜反射后照射于所述样品表面，上述照射于所述样品表面的两束激光呈θ角，从而在所述样品表面处产生光的干涉图案；

二.通过调节所述距离a和L的长度，能够改变所述角θ的值，从而改变所述样品表面干涉条纹间距i；

三.通过所述普克尔盒使激光产生一个小于1秒的极短的满强度的脉冲，对亮条纹处的荧光标记的相应种类的分子进行光脱色，在光脱色过程结束后，所述激光器连续发射光强为I(r，t)的激光以探测所述样品表面的荧光变化；

四.通过所述位移台对所述平面镜进行位置调制，使得所述平面镜沿其法向方向以频率800Hz进行正弦振动，从而改变所述样品表面处干涉条纹位置；

五.所述光电倍增管收集光漂白后由于分子扩散运动而新出现的荧光信号，然后通过所述锁相放大器进行分析，从而得到样品表面亮条纹部分与暗条纹部分的荧光强度之比，即平均对比度C(t)，所述光电倍增管测得的荧光信号F(t)与被荧光标记的分子的浓度c_m(r，t)和探测光强I(r，t)相关