CN210243498U - 倾斜式层状光激发显微成像装置及层状光激发照明器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种倾斜式层状光激发显微成像装置及层状光激发照明器，属于显微成像技术领域。其中层状光激发照明器包括照明物镜，位于照明物镜的后焦面处设有小孔光阑，照明物镜的光轴相对于柱面镜或扫描透镜及管镜的光轴偏离0—1cm。本实用新型提供的倾斜式层状光激发显微成像装置包括光源，层状光激发照明器，二维精细平移台，样品平移台，接收物镜和相机，该装置可实现层状光照明下的高通量荧光数据采集，对细胞中的单分子过程进行追踪。
Description
技术领域
本实用新型涉及显微成像技术，具体涉及一种倾斜式层状光激发显微成像装置及层状光激发照明器。
背景技术
荧光成像方法是动态观测活细胞单分子信号的有力武器，其已经被广泛应用于细胞内单分子行为的研究中。然而对细胞深处的单分子成像而言，由于缺乏类似全内反射照明的去除背景方法，导致荧光背景很高，这对单分子的精确空间定位造成了阻碍。为了解决宽场落射照明模式下细胞深层成像信背比(SBR)较低的问题，大量的层状光技术逐渐被开发出来，面向细胞的成像方案一般均可以达到2微米以下的照明厚度和10微米左右的成像视野。然而，现有技术在实际的生物学研究应用层面或多或少存在使用操作方面的不便之处，荧光成像仪器也存在操作复杂、造价高并且维护困难的缺陷，需要经过专业训练的人员进行拍摄操作，难以实现高通量数据采集。
实用新型内容
针对以上现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种倾斜式层状光激发显微成像装置及层状光激发照明器，非常适合于高通量细胞核内过程的成像。
本实用新型提供了一种倾斜式层状光激发显微成像装置包括：光源、层状光激发照明器、二维精细平移台、样品平移台、接收物镜和相机；
其中，光源采用具有一定宽度的高斯光束，高斯光束可以通过激光器扩束或者光纤出射激光准直实现，光源一般包括多束不同波长的准直激光；
层状光激发照明器结构一，可以包括柱面镜，小孔光阑，以及照明物镜。柱面镜与小孔光阑空间距离为柱面镜的焦距，小孔光阑位于照明物镜的后焦面处，照明物镜的光轴相对于柱面镜的光轴偏离0—1cm；
层状光激发照明器结构二，可以包括一维扫描振镜、扫描透镜、管镜、小孔光阑和照明物镜，扫描振镜与扫描透镜的空间距离为扫描透镜的焦距，扫描透镜与管镜的空间距离为二者焦距之和，小孔光阑位于照明物镜的后焦面处，照明物镜的光轴相对于扫描透镜及管镜的光轴偏离0—1cm；
层状光激发照明器整***于二维精细平移台上，照明物镜的光轴相对样品平移台的夹角为0°-90°；从照明物镜出射的层状光聚焦到样品的一个深度上，激发样品在此深度的荧光，荧光由接收物镜接收，传输至相机形成图像。
样品平移台具有沿接收物镜的光轴方向精细调节的能力(移动精度高于10纳米)，一般采用单轴压电陶瓷位移台或者三维压电陶瓷位移台实现(控制样品平移台沿着接收物镜的光轴移动，可以改变层状光激发样品的位置，进而实现样品的三维扫描成像；使用计算机对上述采集到的图像进行重构处理，从而实现三维显微成像)。
本实用新型的技术效果：
在本实用新型提供的两种层状光激发照明器结构中设有照明物镜，在高斯光束聚焦形成层状光后，由于照明物镜的光轴相对于柱面镜或扫描透镜及管镜的光轴偏离0—1cm，实现层状光的传播方向与接收物镜光轴呈一定夹角，从而得到了倾斜式的层状光激发显微成像装置。采用该倾斜式层状光激发显微成像装置可激发视野在5到16微米之间，因此，对信号背景比有着数量级的提升，同时兼容当前最高荧光收集效率的接收物镜。本实用新型允许使用者方便快捷的寻找并且拍摄单细胞深处单分子动态过程，实现了层状光照明下的高通量荧光数据采集；除此之外，受益于照明物镜的长工作距离，本实用新型能够对组织或者细胞团中特定位置的细胞中的单分子过程进行追踪。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的高斯光束聚焦形成层状光的光路原理图；其中(a)为主视图面；(b)为俯视图；
图2为本实用新型实施例一的倾斜式层状光激发显微成像装置示意图；
图3为本实用新型实施例二的高斯光束聚焦形成层状光示意图；其中(a)为主视图面；(b)为俯视图；
图4为本实用新型实施例二的倾斜式层状光激发显微成像装置示意图；
其中，1—小孔光阑；2—照明物镜；3—二维精细平移台；4—样品平移台；5—接收物镜；6—相机；7—柱面镜；8—管镜；9—扫描透镜；10—扫描振镜。
具体实施方式
下面结合附图，进一步阐述本实用新型。
实施例一
如图1所示，本实用新型层状光激发照明器包括柱面镜，小孔光阑，以及照明物镜。柱面镜与小孔光阑空间距离为柱面镜的焦距，小孔光阑位于照明物镜的后焦面处。照明物镜的光轴相对于柱面镜的光轴偏离一定距离(实施例中可以为5毫米)。
如图2所示，本实施例的倾斜式层状光激发显微成像装置包括：光源、层状光激发照明器、二维精细平移台、样品平移台、接收物镜和相机。
其中，光源采用具有一定宽度的高斯光束，示例***中采用直径1.0厘米的高斯光束。高斯光束可以通过激光器扩束或者光纤出射激光准直实现。光源一般包括多束不同波长的准直激光。
其中，样品平移台具有沿接收物镜的光轴方向精细调节的能力(移动精度高于10纳米)，一般采用单轴压电陶瓷位移台或者三维压电陶瓷位移台实现(控制样品平移台沿着接收物镜的光轴移动，可以改变层状光激发样品的位置，进而实现样品的三维扫描成像；使用计算机对上述采集到的图像进行重构处理，从而实现三维显微成像)。
其中，接收物镜采用高数值孔径物镜，实施例中采用Nikon 100倍1.49数值孔径物镜。
其中，相机采用电子倍增CCD或者sCMOS增加采集灵敏度，实施例中采用Andor公司的DU-897EMCCD。
接收物镜与照明物镜之间的夹角不为0或90°；通过移动照明物镜调节层状光的传播方向偏离照明物镜的光轴之间的距离，调节从照明物镜出射的层状光的传播方向与照明物镜的光轴之间的倾斜，使得层状光所在的平面垂直于接收物镜的光轴，从而产生的荧光沿着接收物镜的光轴；控制一维样品平移台沿着接收物镜的光轴移动，从而改变层状光入射至样品中的深度，对样品的深度进行扫描；成像单元对图像进行处理，从而实现三维显微成像。
实施例二
本实用新型层状光激发照明器如图3所示，包括一维扫描振镜，扫描透镜，管镜，小孔光阑，以及照明物镜。扫描振镜与扫描透镜空间距离为扫描透镜的焦距，扫描透镜与管镜的空间距离为二者焦距之和，小孔光阑位于照明物镜的后焦面处。照明物镜的光轴相对于扫描透镜及管镜的光轴偏离一定距离(实施例可以为5毫米)。
其中，层状光激发照明器整***于二维精细平移台上，照明物镜的光轴相对样品平移台具有一定的夹角，角度由照明物镜的型号决定，实施例中采用Nikon 0.8数值孔径工作距离3.5毫米的水浸物镜，夹角为45°。
其中，二维精细平移台的移动精度高于10微米。通过调节二维精细平移台，调整层状光所激发平面与接收物镜的焦平面重合，调整层状光所激发区域在接收物镜成像视野中心区域。
如图4所示，整套***中，高斯光束入射到扫描振镜的中心点，经扫描振镜反射，反射光沿着扫描透镜及管镜的光轴入射，扫描振镜将高斯光束扫描形成一个光平面。随后，经过小孔光阑的孔径筛选，孔径范围内的光束进入照明物镜。由于照明物镜的光轴相对于柱面镜光轴平移了一段距离，使得从照明物镜出射的光束相对于照明物镜偏转一定角度，光束经过照明物镜在其前焦距附近形成层状光照明。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种层状光激发照明器，包括柱面镜，其特征在于，该层状光激发照明器设有照明物镜，位于照明物镜的后焦面处设有小孔光阑，柱面镜与小孔光阑空间距离为柱面镜的焦距，照明物镜的光轴相对于柱面镜的光轴偏离0—1cm。
2.一种层状光激发照明器，包括一维扫描振镜、扫描透镜和管镜，扫描振镜与扫描透镜的空间距离为扫描透镜的焦距，扫描透镜与管镜的空间距离为二者焦距之和，其特征在于，该层状光激发照明器设有照明物镜，位于照明物镜的后焦面处设有小孔光阑，照明物镜的光轴相对于扫描透镜及管镜的光轴偏离0—1cm。
3.一种倾斜式层状光激发显微成像装置，其特征在于，包括光源、如权利要求1或2所述的层状光激发照明器、二维精细平移台、样品平移台、接收物镜和相机，其中，光源为具有一定宽度的高斯光束，层状光激发照明器整***于二维精细平移台上，照明物镜的光轴相对样品平移台的夹角为0°-90°，通过调节二维精细平移台，调整层状光所激发平面与接收物镜的焦平面重合，调整层状光所激发区域在接收物镜成像视野中心区域，从照明物镜出射的层状光聚焦到样品的一个深度上，激发样品在此深度的荧光，荧光由接收物镜接收后传输至相机形成图像。
4.如权利要求3所述的倾斜式层状光激发显微成像装置，其特征在于，所述光源包括多束不同波长的准直激光，高斯光束通过激光器扩束或者光纤出射激光准直实现。
5.如权利要求3所述的倾斜式层状光激发显微成像装置，其特征在于，样品平移台为单轴压电陶瓷位移台或者三维压电陶瓷位移台。
6.如权利要求3所述的倾斜式层状光激发显微成像装置，其特征在于，接收物镜采用高数值孔径物镜。
7.如权利要求3所述的倾斜式层状光激发显微成像装置，其特征在于，相机采用电子倍增CCD或者sCMOS增加采集灵敏度。
8.如权利要求3所述的倾斜式层状光激发显微成像装置，其特征在于，二维精细平移台的移动精度高于10微米。
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