[发明专利]一种基于布洛赫波的透射式光纤纳米显微台

说明书

本发明提供的是一种基于布洛赫波的透射式光纤纳米显微台。其特征是：它由在多层介质膜2放置待测物体1的具有锥体圆台的特种光纤3及相机4构成。足够大的波矢可以激发多层介质膜2表面产生表面布洛赫波，对环境变化非常灵敏，利用具有锥体圆台的特种光纤3使激光激发表面布洛赫波与样品相互作用，消除表面布洛赫波作用于样品后带来的拖尾。该发明使用特种光纤，可有效降低成本、优化结构，可用于微纳显微成像，获得高信噪比和高分辨率的图像。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种基于布洛赫波的透射式光纤纳米显微台，属于显微成像领域。

(二)背景技术

光学显微镜是科学研究光学检测中最常用、最有效的工具。使用传统显微镜时，可以清晰分辨两个物体之间的最小距离取决于显微镜的极限。为了可以更好的观察微观世界，科研人员致力发展各种提高分辨率的方法。超分辨成像技术也不断取得了突破性进展，典型代表有共聚焦显微镜(Confocal Microscope)、受激发射损耗显微镜技术(StimulatedEmission Depletion Microscopy，STED)，光激活定位显微镜技术(Photo activationLocalization Microscopy，PALM)等。值得注意的是，这里所有的超分辨成像技术中，使用的光路均为远场泄漏辐射成像系统。

荧光探测是生物科学领域一项重要工具。临床诊断及DNA分析中经常使用表面束缚技术捕捉抗体、DNA寡聚物或靶材分子等等。荧光探测和成像依赖于激发光场的位置。例如，《In situ single-molecule imaging with attoliter detection using objectivetotal internal refection confocal microscopy》和《Eyen illumination in totalinternal refection fluorescence microscopy using 1aser light》提出的全内反射(Total internal reflection，TIR)产生的倏逝波可用于光场表面成像。用TIR方法测量，入射光需大于临界角入射，激发倏逝场，倏逝场纵向渗透深度大约为100nm，是一种局域的电磁场。这种局域的电磁场可选择性观察样品表面的生物分子，这对于细胞和分子生物学等光学领域而言是至关重要的一项技术。利用TIR照明可用于选择性对样品表面成像，最大程度的降低体相背景信号，提高信噪比。

许多基于表面信号探测的方法，无法收集到弱束缚在表面的荧光信号。然而对于许多种类型的生物成像实验，样品体相辐射信号的探测也可提供有用的信号，因此既要求测量在紧束缚分子荧光信号，也要测量体相目标分子信号。在这些情况下，选择性激发表面或者体相目标分子是十分有用的。表面束缚荧光信号测量使得体相信号最大限度不被收集，从而可省去洗去无束缚荧光团步骤。然而TIR难以获得长倏逝深度的电磁场，因此难以探测到体相信号。荧光显微镜则是宽场照明或远离玻璃基底表面体相成像的一种典型手段。可分别使用全内反射荧光显微镜(total internal refection fluorescence，TIRFM)和荧光显微镜分别实现表面或体相样品成像，然而难以实现两种成像的同时迸行。同时实现两种成像技术之间的切换需要精确的机械对准，实际操作中难以进行。

表面波显微镜的出现解决了上困难，表面波显微镜是利用表面波，主要是金属与空气截面的表面等离激元共振，作为照明光源，利用其在表面传播的强局域性，且对界面处的扰动非常灵敏的特性，实现临近金属膜层表面样品的高灵敏度成像。中国专利CN103837499A提出一种基于宽带表面等离子体波的微区光谱测量装置，主要利用高数值孔径显微物镜与宽带径向偏振光或者径向偏振白光搭建光谱测量装置。基于此装置可以获得高空间分辨率。中国专利CN 105628655A提出一种分辨率高且无需荧光标记的基于表面等离子体共振的光学显微镜，在等离子共振传感芯片激发等离子表面共振，从而获得高空间分辨率。上述主要显微技术在实际应用中具有很大的局限性，其存在的问题为：