[发明专利]一种结合光镊功能的扩展焦深显微成像系统

说明书

本发明公开了一种结合光镊功能的扩展焦深显微成像系统，包括：第一激光器、第一反射镜、第一分光镜、第一透镜、第二透镜、第一声光偏转器、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第二声光偏转器、第六透镜、第二分光镜、第一二色镜、第二二色镜、第一物镜、样品台、第二物镜、第三二色镜、第三分光镜、第四分光镜、第五分光镜、第一四象限位置探测器、第二四象限位置探测器、位置探测器、LED光源、第一探测器、第二激光器、第一柱面透镜、柱面透镜组、第四二色镜、扫描振镜、第一望远系统、电控透镜、第二望远系统、第二反射镜、第三望远系统、狭缝、第三反射镜、第二柱面透镜、第二探测器。系统利用电控透镜扫描不同焦深平面，无机械振动且成像质量高。

技术领域

本发明涉及显微成像、光镊领域，具体涉及一种结合光镊功能的扩展焦深显微成像系统。

背景技术

在细胞生物学的研究中，经常需要同时对细胞中生物分子的力学、机械特性以及细胞三维结构同时进行研究。因此，实际研究过程中，通常采用光镊模块与荧光显微成像模块相结合的单分子力学显微系统进行实验。利用单分子力学显微系统对样品进行操作时，其中的光镊模块可以实现对生物细胞中单分子的动力学特性的测量，同时荧光显微成像模块可获取生物结构、细胞外或细胞内等多维度的信息。

利用单分子力学显微系统中的荧光显微成像模块实现样品实时的三维生物结构成像时，荧光显微成像模块通常使用全内反射显微镜或共聚焦激光扫描显微镜实现。2004年，Lang Matthew J等人在《Nature Methods》期刊上发表题为《Simultaneous,coincident optical trapping and single-molecule fluorescence》的文章中提出了一种利用全内反射显微镜和光镊结合的单分子力学显微系统，全内反射显微镜利用全反射时光能量在光疏介质内穿透深度有限且光能量仅沿界面传播的特性，选择性的激发位于荧光表面的荧光标记，即通过捕获样品表面的倏逝波来获取样品表面的信息，倏逝波穿透深度在200纳米以下，所以全内反射显微镜不适用于微米量级的深度方向的扫描，因此无法实现微米量级生物样品的三维结构成像；同年，Vossen Dirk L. J等人在《Review ofScientific Instruments》期刊上发表了题为 《Optical tweezers and confocalmicroscopy for simultaneous three-dimensional manipulation and imaging inconcentrated colloidal dispersions.》的文章中提出了一种利用共聚焦激光扫描显微镜与光镊结合的单分子力学显微系统，而共聚焦激光扫描显微镜的聚焦平面是固定的，通过移动样品的微位移台或者操控物镜的位置可以实现样品深度方向的扫描。但是使用带有微位移台的共聚焦激光扫描显微镜，通过移动微位移台来实现对样品深度方向扫描时，随着样品台的垂直移动，光镊探测的粒子和压力传感器的连接会被中断，这就直接影响了单分子力学显微系统中光镊模块对分子力学和机械特性的测量；而保持微位移台固定，通过控制物镜在样品深度方向的位置来扫描不同深度的样品时，对于大数值孔径的物镜，这不适合对单分子进行荧光成像，同时在利用单分子力学显微系统对粒子进行捕获以及对分子力学和机械特性测量等操作时，也会因为物镜的移动导致捕获光的偏移，最后影响光镊捕获目标粒子。这些技术问题都很大程度的限制了单分子力学显微系统样品深度方向的扫描成像，导致其无法完成生物微结构的三维成像。。

发明内容

本发明针对现有单分子力学显微系统对样品生物结构实时三维成像时存在的样品深度方向扫描深度有局限性的问题，提出了一种结合光镊功能的扩展焦深显微成像系统。该系统结合光镊可以对粒子进行精准的操控，并且在实现三维成像的同时没有机械振动引入的误差，成像质量更高、更快速稳定，成本也较低。