[发明专利]一种基于激光操控微球镜的光学超分辨成像装置及其方法

摘要

本发明公开了一种基于激光操控微球镜的光学超分辨成像装置及其方法。本发明采用近红外激光，通过高数值孔径的显微物镜，在样品附近形成一个光镊，将其作为一个无形的手，来无接触、无干扰地操控微球镜，实现微球镜在样品表面任意感兴趣区的精确定位、移动和精确聚焦功能，从而很好地解决了现有技术存在缺陷；可实现微球镜对样品整个感兴趣区的光学超分辨成像，将该成像方法从演示性实验变为新型实用技术和仪器装置，光学超分辨成像空间分辨率已达到λ/8，横向放大率5.4倍，突破了传统的光学衍射极限(λ/2)，实现了“无标记”的光学远场、宽场超分辨显微成像。

主权项

1.一种基于激光操控微球镜的光学超分辨成像装置，照明光采用透射式，其特征在于，所述光学超分辨成像装置包括：电子控制单元、激光器、激光操控单元、激光通道、光学显微镜、微球镜、二向色分光镜、三维电动样品台、手动二维样品移动台、成像装置、计算机和照明灯；其中，透明的样品放置在三维电动样品台上，三维电动样品台设置在手动二维样品移动台上；样品浸没在液体中，微球镜注入至液体中；电子控制单元分别连接至激光器、激光操控单元和三维电动样品台，电子控制单元与计算机互相连接；激光器连接至激光操控单元；激光操控单元通过激光通道连接至光学显微镜内部；光学显微镜内且位于显微物镜后瞳上方的光轴上设置二向色分光镜；光学显微镜的显微物镜正对样品；在光学显微镜上设置成像装置；成像装置连接至计算机；计算机通过电子控制单元驱动激光器，激光器发出近红外波段的激光；激光通过激光操控单元扩束并准直后，通过激光通道传输至光学显微镜内；经过二向色分光镜反射后，耦合进显微物镜，由显微物镜聚焦形成光镊，调节显微物镜的焦点改变光镊的纵向位置，并结合手动二维样品移动台在水平面内的平移，将液体中的微球镜移动至焦点处，光镊抓取到微球镜；通过手动二维样品移动台将微球镜移动到样品的表面，通过调节显微物镜的焦点调节微球镜与样品表面之间的距离，光镊将微球镜悬浮固定在液态中；照明灯发出白光，从透明的样品的下面入射至样品；微球镜将样品携有精细结构信息的渐逝波投射到远处，由被置于远场的显微物镜接收；通过激光操控单元调节激光光束的发散角，改变光镊沿光轴的位移，从而改变微球镜距离样品表面的距离，使得样品在成像装置形成清晰的超分辨图像，一个位置的超分辨图像传输至计算机；计算机通过电子控制单元控制三维电动样品台按指定的路径和范围水平面移动，进行步进移动分区成像，移动的步距小于微球镜的直径，使得微球镜位于样品表面的下一个位置，同时根据采集的图像清晰度，通过激光操控单元自动调节激光光束的发散角，实时调节微球镜相对样品表面的纵向距离，得到当前位置的清晰超分辨图像，并传输至计算机，直至完成整个样品表面感兴趣区成像；计算机对每一位置的超分辨图像选取中心部分图像，将所有位置的中心部分图像无缝拼接，得到一幅大范围的完整超分辨图像，从而实现了基于微球镜成像的透射式光学超分辨成像装置。