[发明专利]一种不同模态分子振动光谱检测与成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不同模态分子振动光谱检测与成像装置及方法。

背景技术

光学显微成像技术由于对生物样本具有无损伤、非侵入等优点，使其在生物学领域有着重要地位。特别地，十九世纪末期新出现的激光共焦扫描显微成像和双光子激发荧光成像技术等，由于它们具有较高的空间分辨能力和三维光学成像能力，使得光学显微术在生物学、医学及其相关交叉学科的基础研究和临床上获得了广泛的应用。然而，由于生物样本荧光显微成像通常需要借助外源性荧光染料，而外源性染料的添加在一定程度上会干扰和影响一些小分子的特性，从而影响光学分子成像的实验结果。因此，作为无需荧光标记的分子振动光谱技术，如自发拉曼光谱检测与显微成像技术应运而生。

自发拉曼信号是一种光散射信号，当入射的激光被物质中的分子散射时，其中一大部分的散射光与入射激光具有相同的波长或颜色，即发生瑞利散射。此外，还有极小一部分(大约10^-9)散射光的波长与入射光不同，产生了偏离，即发生了自发拉曼散射。入射光与散射光波长偏离量的大小取决于测试样品的组成成分或化学键结构，其中波长增大的散射光称为斯托克斯散射，它是自发拉曼散射光谱的主要组成。

虽然自发拉曼散射光谱是一种免荧光标记的分子影像技术，但由于自发拉曼散射的分子横截面积(约10^-30cm²)远小于荧光色团分子的横截面积(约10^-16cm²)，因此自发拉曼散射的光信号很微弱，采集一幅拉曼光谱图像一般需要数小时，直接制约了自发拉曼显微成像技术在生物样品，特别是活细胞上的分子成像。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种不同模态分子振动光谱检测与成像装置及方法，该方法可以无损地在包括活细胞在内的生物样本快速实施受激拉曼散射显微成像和自发拉曼散射光谱检测的原位测量，实现对靶目标特定化学键的分子振动进行显微成像，尔后根据显微图像定位和选择检测位置，进行原位自发拉曼光谱检测，进一步定性分析靶目标的物质成份。

为了实现上述目的，本发明的技术方案一是：一种不同模态分子振动光谱检测与成像装置，包括激光器系统，所述激光器系统的输出方向沿第一光路依次设置有第一脉冲激光功率调节单元、光路切换器件、脉冲展宽器件和时间延迟单元，所述激光器系统的输出方向沿第二光路依次设置有第二脉冲激光功率调节单元和声光调制器，所述时间延迟单元和第二脉冲激光功率调节单元的输出方向共同依次设置有第一二向色镜、激光束扫描单元、第二二向色镜、第一物镜以及用于放置待测样品的载物台，所述第二二向色镜的输出端沿其反射方向依次设置有第一会聚透镜、孔径光栏以及第一凹面反射镜，所述第一凹面反射镜的输出光通过反射型光栅输入到第二凹面反射镜，所述第二凹面反射镜的输出光输入到CCD探测器。

进一步的，所述第一脉冲激光功率调节单元包含沿第一光路依次设置的第一半波片和第一偏振分光片，所述第二脉冲激光功率调节单元包含沿第二光路依次设置的第二半波片和第二偏振分光片。

进一步的，所述脉冲展宽器件的输出端与时间延迟单元的输入端之间设置有第一反射镜。

进一步的，所述激光器系统的输出端与第二脉冲激光功率调节单元的输入端之间设置有光开关。

进一步的，所述激光束扫描单元的输出端与第二二向色镜的输入端之间设置有第二反射镜。

进一步的，所述载物台下方从上往下依次设置有第二物镜、第三反射镜、第二会聚透镜、光学滤光片以及光电探测器。

进一步的，所述声光调制器和光电探测器分别通过锁相放大器电性连接至数据处理中心。

为了实现上述目的，本发明的技术方案二是：一种不同模态分子振动光谱检测与成像方法，采用上述的不同模态分子振动光谱检测与成像装置，将待测样品放置于载物台上，包括以下两种模式：