[实用新型]光学超分辨快速成像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种光学超分辨快速成像装置。

背景技术

光学显微镜具有非接触、无损伤的特点，可对活体组织对象成像，一直是生物医学、材料科学等领域的重要研究工具。但随着生物、医学等领域的不断发展，显微镜往往被要求纳米级别的分辨率，并且能够观察100nm以下活体对象的原位动态图像，从而更好地观察病毒引起病变与导致死亡的过程。但是传统光学显微镜的成像分辨率受阿贝尔衍射极限的限制，分辨率极限约为200nm，不能满足上述要求，突破衍射极限光学领域十分重要的一个课题。目前，扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力学显微镜(AFM)、近场光学显微镜(SNOW)等仪器可以观察尺寸小于光学衍射极限的物体，但是SEM与TEM需要在真空环境下工作，很难观察活体样品，AFM与SNOW无法实时、直接观察物体，所以以上方法并不适合用来实现活体对象的无损、原位动态观测。

利用可见光作为光源，获取的显微图像可以同时反映被观测物体的颜色、透明度等信息，具有直观性，所以光学显微的成像手段依旧在显微观测领域具有不可替代的地位。因此，基于可见光的超分辨技术的成像方法与装置，对生物、材料等微观对象的无损、原位动态检测等领域的应用具有重要的现实意义。

微球透镜具有放大效果，并且能够收集被限制在物体表面近场的倏逝波，为获取光学超分辨成像的研究提供了一种简单、实时、直接的方法，按照使用方法的不同可以分为半浸没法与全浸没法，如图1～2所示。2013年，曼彻斯特大学科研团队将直径为100μm的BaTiO₃微球透镜与100×的显微镜镜头浸没在水中，可以观察到75nm的腺病毒，通过理论研究发现微球可以把含有高频信息的近场倏逝波转化为传播波，微球的纳米光子喷射能提供足够的能量将可传播波传送到微球外面，而消逝波没有衍射极限，所以可以在远场形成超分辨成像。利用微球透镜超分辨成像的方法具有实验材料简便易得、操作过程相对简单、能够实时观测等优点，已经成为光学超分辨显微成像的研究热点。

微球透镜的使用方式是将其播撒在观察对象的表面，被微球洒落到的区域能够采集到超分辨图像，但是，目前的播撒的方式是无序不可控的，无法精确控制微球透镜的位置对特定样品区域观察，难以对样品连续区域进行观测，实验测量结果不易重复，并且洒落的微球可能会破坏样品表面结构，易造成样品的损伤与污染。

将微球透镜封装在SU-8光刻胶中也是一种对微球透镜的控制方法，其封装过程如图3所示，先制作出一层厚度为h₁的光刻胶，再在已经制作出的光刻胶层上播撒微球透镜，然后用厚度为h₂的光刻胶层将微球透镜封装住。光刻胶可以固定微球的位置，降低了微球分布的无序性；并且封装有微球的光刻胶薄膜可以被反复多次使用，使实验具有可重复性；操作光刻胶薄膜的方式也较为方便，只需将光刻胶薄膜贴附在样片表面上即可。但仍然存在部分问题：制作过程中，光刻胶薄膜厚度不易控制，一旦制成，便无法改变，影响微球透镜成像效果的调节性；只适用于平面结构，不能三维成像，难以观察表面起伏的样品，无法用于观察活体样品；微球的分布仍然是分散的，无法对连续区域进行观测。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种实现样品任意区域超分辨成像、且避免对样品表面的损伤光学超分辨快速成像装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光学超分辨快速成像装置，其能够合理地控制、精确地位移与定位微球透镜，可实现样品任意区域超分辨成像，且避免对样品表面的损伤。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：

一种光学超分辨快速成像装置，所述光学超分辨快速成像装置包括：

样品台，用于承载待观察对象；

若干单手操作模块，包括精密滑台及固定安装于精密滑台上的机械手，所述机械手用于控制微球透镜对待观察对象进行观测，所述精密滑台用于控制机械手的精确定位与位移；

显微镜头，用于观察操作过程及成像效果以得到光学超分辨成像信息。

作为本实用新型的进一步改进，所述样品台包括二维运动的XY轴精密滑台以及固定安装于XY轴精密滑台上方的样品基板。

作为本实用新型的进一步改进，所述精密滑台为三维精密滑台，包括沿X轴运动的X轴精密滑台、沿Y轴运动的Y轴精密滑台、以及沿Z轴运动的Z轴精密滑台。