CN109709025B - 一种多模成像光学*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多模成像光学***。所述多模成像光学***包括：载物台，用于放置待检测样本；成像单元，用于待检测样本的原位成像；吸收和前向散射照明单元，用于照射待检测样本，在所述成像单元形成吸收成像或前向散射光成像；侧向散射照明单元，用于对所述待检测样本进行第一倾斜照明，使得待检测样本中的微粒的散射光在所述成像单元形成侧向散射光成像；荧光照明单元，用于对所述待检测样本进行第二倾斜照明，激发待检测样本中的微粒发出荧光，所述荧光在所述成像单元形成荧光成像。本发明提供的多模成像光学***，无任何机械切换部件，可实现对待检测样本的不同模式的原位成像，具有结构简单、成本低的特点。

Description

一种多模成像光学***
技术领域
本发明涉及微小粒子显微成像技术领域，特别是涉及一种多模成像光学***。
背景技术
目前针对微小粒子如单细胞、细菌、人工合成纳米微球等的检测分析主要有2种技术方案，一是流式细胞技术，二是荧光显微技术。流式细胞技术通常以激光作为发光源。经过聚焦整形后的光束，垂直照射在载物台流上，被荧光染色的细胞在激光束的照射下，产生散射光和激发荧光。这两种信号同时被前向光电探测器和90°方向的光电探测器接收。光散射信号在前向小角度进行检测，这种信号基本上反映了细胞体积的大小；荧光信号的接受方向与激光束垂直，经过一系列双色性反射镜和带通滤光片的分离，形成多个不同波长的荧光信号。
将待测细胞染色后制成单细胞悬液，用一定压力将待测载物台压入流动室，不含细胞的磷酸缓冲液在高压下从鞘液管喷出，鞘液管入口方向与待测载物台流成一定角度，这样，鞘液就能够包绕着载物台高速流动，组成一个圆形的流束，待测细胞在鞘液的包被下单行排列，依次通过检测区域。流式细胞技术非常成熟，但设备结构复杂，价格昂贵，内部液路管路需经常维护。
随着微流控技术发展，在微流控芯片中进行细胞、细菌等检测分析成为一种发展趋势，目前针对在微流控芯片中进行微小粒子检测只能使用荧光显微镜，一般需先将细胞载物台染色后制成玻片载物台，然后置于荧光显微镜载物台上进行观察，根据染色方式不同(吸收染色或荧光染色)，可选择进行荧光成像或吸光光成像，此外还具备相称成像功能。但荧光显微镜的多种成像方式，需手动切换光源和配套光学元件，无法进行散射光成像。此外，目前也有一些公司研制出简单的吸收成像或荧光成像的检测设备，但功能较单一。
发明内容
本发明的目的是提供一种多模成像光学***，实现对待检测样本的不同模式的原位成像，具有结构简单、成本低的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下方案：
一种多模成像光学***，包括：
载物台，用于放置待检测样本；
成像单元，用于待检测样本的原位成像；
吸收和前向散射照明单元，与所述载物台和所述成像单元依次同轴设置，用于照射待检测样本，在所述成像单元形成吸收成像或前向散射光成像；
侧向散射照明单元，与所述载物台成第一设定角度的夹角，用于对所述待检测样本进行第一倾斜照明，使得待检测样本中的微粒的散射光在所述成像单元形成侧向散射光成像；
荧光照明单元，与载物台成第二设定角度的夹角，用于对所述待检测样本进行第二倾斜照明，激发待检测样本中的微粒发出荧光，所述荧光在所述成像单元形成荧光成像。
可选的，所述吸收和前向散射照明单元包括：
吸收和前向散射准直透镜，与所述载物台同轴设置，用于对光束进行聚焦；
吸收和前向散射光源，位于所述吸收和前向散射准直透镜的远离所述载物台一侧的焦平面处，用于发出吸收光或前向散射光；所述吸收光或前向散射光垂直照射所述待检测样本，在所述成像单元形成吸收光成像或前向散射光成像；
小孔板，与所述吸收和前向散射光源对应设置，且所述小孔板上对应所述吸收和前向散射光源处开设有通光孔，使得所述吸收光或前向散射光能够透过所述小孔板。
可选的，所述吸收和前向散射光源包括：
前向散射光源，用于发出前向散射光，所述前向散射光经所述小孔板开设的通光孔和所述吸收和前向散射准直透镜照明待检测样本，使得待检测样本中的微粒的散射光在所述成像单元形成前向散射光成像；
多个吸收光光源，对称的分布在所述前向散射光源的四周，用于发出吸收光，所述吸收光经所述小孔板开设的通光孔和所述吸收和前向散射准直透镜照明待检测样本，使得待测样本的透射光在所述成像单元形成吸收光成像。
可选的，所述吸收光光源的个数为4个。
可选的，所述侧向散射照明单元包括：侧向散射光源和侧向散射准直透镜，所述侧向散射光源位于所述侧向散射准直透镜远离所述载物台的焦平面处，且与所述侧向散射准直透镜中心同轴设置。
可选的，所述荧光照明单元包括荧光光源、荧光准直透镜和第一滤光片；所述荧光光源置于荧光准直透镜远离所述载物台的焦平面处，所述第一滤光片置于所述荧光准直透镜和所述载物台之间，且所述荧光光源、所述荧光准直透镜和所述第一滤光片中心同轴设置。
可选的，所述第一滤光片的透射波长与所述荧光光源中心波长一致。
可选的，所述成像单元包括物镜、遮光板、第二滤光片、电子目镜和面阵相机；所述载物台和所述遮光板各置于所述物镜的一个焦平面处；所述面阵相机用于对待检测样本聚焦成像。
可选的，所述遮光板中心设有黑色遮光片，用于遮挡直接透射的照明光。
可选的，所述第二滤光片为荧光滤光片。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的多模成像光学***，通过选择不同的照明单元照射载物台上的待检测样本，在成像单元实现对载物台上待检测样本的不同模式的原位成像，无需切换任何部件，可实现载物台原位吸收成像、前向散射光成像、侧向散射光成像和荧光成像，用于载物台中微小粒子的多种特性分析和分类计数，可广泛应用于科学研究、临床检验和工业化验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的多模成像光学***结构示意图；
图2为本发明实施例提供的所述吸收和前向散射光源的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的所述小孔板的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的遮光板结构示意图
附图标记说明：1、吸收和前向散射光源；2、小孔板；3、吸收和前向散射准直透镜；4、荧光光源；5、荧光准直透镜；6、第一滤光片；7、侧向散射光源；8、侧向散射准直透镜；9、载物台；10、物镜；11、遮光板；12、第二滤光片；13、电子目镜；14、面阵相机；15、黑色遮光片；101、前向散射光源；102、吸收光光源；201、第一通光孔；202、第二通光孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种多模成像光学***，实现对待检测样本的不同模式的原位成像，具有结构简单、成本低的特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的多模成像光学***结构示意图，如图1所示，本发明提供的的多模成像光学***包括：载物台9、成像单元、吸收和前向散射照明单元、侧向散射照明单元、荧光照明单元。
其中，载物台9用于放置待检测样本，待检测样本一般为薄层液体样本，如微流控芯片中的微粒溶液或者玻片上的液体样本。
成像单元用于待检测样本的原位成像。成像单元包括物镜10、遮光板11、第二滤光片12、电子目镜13和面阵相机14；载物台9和遮光板11各置于物镜10的一个焦平面处；面阵相机14用于对待检测样本聚焦成像。
如图4所示，遮光板11上设有黑色遮光片15，用于遮挡直接透射的照明光。
进一步的，第二滤光片12为荧光滤光片。
吸收和前向散射照明单元与载物台9和成像单元依次同轴设置；所述吸收和前向散射照明单元用于照射待检测样本，在成像单元形成吸收成像或前向散射光成像。
侧向散射照明单元与载物台9成第一设定角度的夹角；所述侧向散射照明单元用于对待检测样本进行第一倾斜照明，使得待检测样本中的微粒的散射光在成像单元形成侧向散射光成像。
具体的，第一设定角度为15-30度，即可对待检测样本进行第一倾斜照明。
荧光照明单元与载物台成第二设定角度的夹角；所述荧光照明单元用于对待检测样本进行第二倾斜照明，激发待检测样本中的微粒发出荧光，所述荧光在成像单元形成荧光成像。
具体的，第二设定角度为30-60度，即可对待检测样本进行第二倾斜照明。
本发明提供的多模成像光学***中的吸收和前向散射照明单元包括吸收和前向散射准直透镜3、吸收和前向散射光源1和小孔板2。
其中，吸收和前向散射准直透镜3与所述载物台9同轴设置，用于对光束进行聚焦。
吸收和前向散射准直透镜3的焦距大于15mm；优选大于20mm，进一步获得均匀的照明效果。
吸收和前向散射光源1位于吸收和前向散射准直透镜的远离载物台9一侧的焦平面处，用于发出吸收光或前向散射光；吸收光或前向散射光垂直照射待检测样本，在成像单元形成吸收光成像或前向散射光成像。
并且，如图2所示，吸收和前向散射光源1包括前向散射光源101和多个吸收光光源102；吸收光光源102的个数为4个。
其中，前向散射光源101置于中心位置，4个吸收光光源102对称分布在前向散射光源101四周，相对前向散射光源101的中心距离为3-5mm。
小孔板2与吸收和前向散射光源1对应设置，且小孔板2上对应吸收和前向散射光源1处开设有通光孔，使得吸收光或前向散射光能够透过小孔板2。如图3所示，小孔板2包括第一通光孔201和多个第二通光孔202，第一通光孔201对应前向散射光源101，第二通光孔202分别对应吸收光光源102。
第一通光孔201的直径小于0.5mm，第二通光孔202的直径为1-2mm；且黑色遮光片15的直径略大于第一通光孔201的直径，但不能遮挡第二通光孔202的光路，进一步保证完全遮挡直接透射的照明光。
为了避免其它4个第二通光孔202的光被黑色遮光片15遮挡，在本实施例中，相邻通光孔之间的间距大于或等于0.5mm。
具体的，当点亮多个吸收光光源102，关闭其他光源，吸收光光源102发出的吸收光照明待检测样本，待检测样本中的微小粒子对光有一定吸收作用，经过待检测样本的透射光进入成像***，在面阵相机14中形成待检测样本的吸收图像。
当点亮前向散射光源101，关闭其他光源，前向散射光源101发出的前向散射光经由第一通光孔201和吸收和前向散射准直透镜3照明待检测样本，经过待检测样本的直接透射光将在物镜10的后焦点处汇聚，并被遮光板11中的遮光片15全部遮挡，因此，直接透射光无法进行面阵相机14；而待检测样本中的粒子将产生散射光，粒子散射光经过物镜10成为近似平行光束，90％以上的大部分散射光可透过遮光板11，并由电子目镜13汇聚到面阵相机14中，形成待检测样本的前向散射光图像。
本发明提供的多模成像光学***中的侧向散射照明单元包括侧向散射光源7和侧向散射准直透镜8，侧向散射光源7位于侧向散射准直透镜8远离所述载物台9的焦平面处，且与侧向散射准直透镜8中心同轴设置。
侧向散射准直透镜8焦距为15-30mm，能够兼顾较好的照明均匀性和较高的光能利用率。
具体的，当点亮侧向散射光源7，关闭其他光源，侧向散射光源7发出的光经由侧向散射准直透镜8照明待检测样本，经过待检测样本的直接透射光无法经由物镜10进入成像***；而待检测样本中的粒子将产生散射光，粒子散射光经过物镜10成为近似平行光束，90％以上的大部分散射光透过遮光板，并由电子目镜13汇聚到面阵相机14中，形成待检测样本的侧向散射光图像。
本发明提供的多模成像光学***中的荧光照明单元包括荧光光源4、荧光准直透镜5和第一滤光片6；荧光光源4置于荧光准直透镜5远离载物台9的焦平面处，第一滤光片6置于荧光准直透镜5和载物台9之间，且荧光光源4、荧光准直透镜5和第一滤光片6中心同轴设置。
第一滤光片6的透射波长与荧光光源4中心波长一致。
第一滤光片6透射光谱范围与第一滤光片12的透射光谱范围无重叠，对于第一滤光片6的透射光，其透过率小于0.01％。
具体的，当点亮荧光光源4，关闭其他光源，荧光光源4发出的光经由荧光准直透镜5和第一滤光片6照明待检测样本，待检测样本中的粒子将产生荧光，粒子发出荧光经过物镜10成为近似平行光束，90％以上的大部分荧光透过遮光板11和第二滤光片12，并由电子目镜13汇聚到面阵相机14中，形成待检测样本的前向荧光图像。而待检测样本中的粒子发出的散射光虽然也可以透过遮光板11，但无法透过第二滤光片12，因此待检测样本中粒子的直接散射光不会干扰荧光成像。
本发明提供的多模成像光学***，通过选择点亮不同的照明单元，实现对样本不同模式的原位成像。本发明无任何机械切换部件，可实现样本原位吸收成像、前向散射光成像、侧向散射光成像和荧光成像，用于样本中微小粒子的多种特性分析和分类计数，可广泛应用于科学研究、临床检验和工业化验。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多模成像光学***，其特征在于，所述多模成像光学***包括：
载物台，用于放置待检测样本；
成像单元，用于待检测样本的原位成像；
吸收和前向散射照明单元，与所述载物台和所述成像单元依次同轴设置，用于照射待检测样本，在所述成像单元形成吸收成像或前向散射光成像；
所述吸收和前向散射照明单元包括：
吸收和前向散射准直透镜，与所述载物台同轴设置，用于对光束进行聚焦；
吸收和前向散射光源，位于所述吸收和前向散射准直透镜的远离所述载物台一侧的焦平面处，用于发出吸收或前向散射光；所述吸收或前向散射光垂直照射所述待检测样本，在所述成像单元形成吸收光成像或前向散射光成像；
小孔板，与所述吸收和前向散射光源对应设置，且所述小孔板上对应所述吸收和前向散射光源处开设有通光孔，使得所述吸收光或前向散射光能够透过所述小孔板；
所述吸收和前向散射光源包括：
前向散射光源，用于发出前向散射光，所述前向散射光经所述小孔板开设的通光孔和所述吸收和前向散射准直透镜照明待检测样本，使得待检测样本中的微粒的散射光在所述成像单元形成前向散射光成像；
多个吸收光光源，对称的分布在所述前向散射光源的四周，用于发出吸收光，所述吸收光经所述小孔板开设的通光孔和所述吸收和前向散射准直透镜照明待检测样本，使得待测样本的透射光在所述成像单元形成吸收光成像；
侧向散射照明单元，与所述载物台成第一设定角度的夹角，用于对所述待检测样本进行第一倾斜照明，使得待检测样本中的微粒的散射光在所述成像单元形成侧向散射光成像；
荧光照明单元，与载物台成第二设定角度的夹角，用于对所述待检测样本进行第二倾斜照明，激发待检测样本中的微粒发出荧光，所述荧光在所述成像单元形成荧光成像；
所述成像单元包括遮光板；所述遮光板中心设有黑色遮光片，用于遮挡直接透射的照明光。
2.根据权利要求1所述多模成像光学***，其特征在于，所述吸收光光源的个数为4个。
3.根据权利要求1所述多模成像光学***，其特征在于，所述侧向散射照明单元包括：侧向散射光源和侧向散射准直透镜，所述侧向散射光源位于所述侧向散射准直透镜远离所述载物台的焦平面处，且与所述侧向散射准直透镜中心同轴设置。
4.根据权利要求1所述多模成像光学***，其特征在于，所述荧光照明单元包括荧光光源、荧光准直透镜和第一滤光片；所述荧光光源置于荧光准直透镜远离所述载物台的焦平面处，所述第一滤光片置于所述荧光准直透镜和所述载物台之间，且所述荧光光源、所述荧光准直透镜和所述第一滤光片中心同轴设置。
5.根据权利要求4所述多模成像光学***，其特征在于，所述第一滤光片的透射波长与所述荧光光源中心波长一致。
6.根据权利要求1所述多模成像光学***，其特征在于，所述成像单元还包括物镜、第二滤光片、电子目镜和面阵相机；所述载物台和所述遮光板各置于所述物镜的一个焦平面处；所述面阵相机用于对待检测样本聚焦成像。
7.根据权利要求6所述多模成像光学***，其特征在于，所述第二滤光片为荧光滤光片。
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