[实用新型]一种对细胞成像的近场微波显微装置

说明书

本实用新型公开了一种对细胞成像的近场微波显微装置，属于近场微波特性显微领域。该装置包括：带针尖修饰的柔性金属探针、四分之一波长同轴谐振腔、滤波装置、数据采集单元组、三维位移台、成像分析单元、活体维持装置；对成像样品细胞无添加剂、无损害、快速成像的特点；成像技术利用了微波的穿透特性，揭示样品本征特性的特点，能够通过简单方便地操作实现活体细胞成像。此装置被配置为接收来自样品微扰近场回波信号的探针，耦合到探针的四分之一波长同轴谐振腔被配置为放大来自样品微扰信号产生的近场回波信号，活体维持装置被配置为维持细胞样品的活性，由成像分析单元对来自信号处理器所采集到相应的参数进行分析并反演绘制参数图像。

技术领域

本发明属于近场微波特性显微领域。

背景技术

在活细胞内生物单分子尺寸下研究各种各样的生物化学和遗传尤其重要。这样的研究意味着要在不影响细胞正常生命周期活动的前提下实现单分子显微探测，在众多单分子显微技术中人们首先想到了光学的方法。其中，当前发展潜力最大的是荧光成像法，因其有灵敏度高且成像“可视化”、形貌可见等优点。然而，活体细胞自身不仅具有高散射性，而且细胞内含有大量只发荧光物质，这些都影响了荧光成像图像的质量。所以，荧光成像法在图像信噪比和成像速度上受到影响。虽然近年来发展了一些包括转盘式共聚焦显微术(SDCM)、全内反射荧光显微术(TIRFM)和荧光共振能量转移技术(FRET)在内的单分子荧光成像技术，但是仍不满足应用于活细胞毒性小的无损检测技术的发展需求。不管使用哪种成像技术，考虑活体细胞的健康性是很非常重要的。细胞很容易发生光损伤，特别是荧光团存在的情况下，荧光团在光漂白的情况下会产生自由基损害细胞组织，这就是荧光蛋白质具有毒性的原因。所以，在众多使用于活体细胞成像的技术中，应该考虑到三种因素：探测灵敏度、图像质量、样品的生存能力。

另一方面，成像中用到的显微镜也是成像技术中一个很关键的因素。显微镜是研究微观物体结构和特征的工具。它通过将某种波动能量作用于物体，然后探测带有物体信息的载波来重构物体某种特征的空间信息。经过长期的发展，远场显微镜及其相应的理论己经日臻成熟，并在科技的发展中起了至关重要的作用。然而，由于受到阿贝衍射现象的影响，远场显微镜不能分辨出物体尺寸小于二分之一载波波长的细节。于是，人们又发展了近场显微镜。近场显微镜突破了衍射极限，可以分辨出小于二分之一载波波长的物体。在光学近场显微镜中，已经能观测到最短光波长的十分之一以下的物体尺寸，但是可见光仅限于物体表面特征。而是在微波频段研究物体本征特性的一种测量方法。与远场显微镜相同，近场微波显微镜是用波动来探测物体，然后通过载波带的信息来重构物体。近场扫描显微镜通过探针探测到来自样品微扰而产生的谐振频率偏移、品质因数变化、反射系数变化，可以推测出样品的许多本征性质，如，样品不同微小区域内的介电常数，导电系数，压电系数等。因而，近场微波显微镜被用于研究导体材料、半导体材料、介质材料、及生物材料的局部微观特性。

在现有报道中，未见到有使用近场微波技术用作活体细胞成像的应用及方法，仅在医学检测成像技术领域中，报道了一种微波近场探测空间内的介电常数差异分布检测方法，为早期乳腺肿瘤微波成像提供直观和有效的三维信息。一方面该专利方案在测量点与被测目标3 λ～5λ的距离内进行测量，而根据近场微波显微理论，近场显微术的基本思想是要将远小于波长的“点”源或“点”探测器控制在离样品足够近的距离之内，说明此技术方案严格意义上没有利用近场微波技术进行成像。另一方面，该技术方案对乳腺癌成像技术是根据乳腺癌组织和正常乳腺组织的介电常数的差异，通过分析回波的特性，进而确定探测目标的特性，并通过对多个探测点的数据进行联合分析，反演计算得出乳腺内部的介电常数特性分布，进而显示成像的技术。从分辨率上来看，该技术方案检测出6mm左右的乳腺肿瘤团，这仅用于确定乳腺癌的大小形状及位置，而没有对单个细胞进行成像，因为该技术方案的分辨率远远达不到微米左右的量级。而本发明的技术方案中，探测器和“源”与样品的距离严格控制在一个波长内扫描，因此检测到的回波为隐失波，这是远场探测所检测不到的回波，远场显微术的分辨能力受波动衍射极限的制约，对小于1/2波长的细节，远场显微术无能为力，本发明专利分辨率可达到微米以下的高分辨率。

发明内容