[发明专利]一种超低温可换样显微成像系统及其工作方法

权利要求书

1.一种超低温可换样显微成像系统，其特征在于：包括光源系统、显微成像系统和真空可换样冷台系统；其中光源系统用于提供激发荧光或者明场照明等所需要的光源，显微成像系统用于接收荧光信号或者明场信号等进行成像，真空可换样冷台系统用于为样品提供超低温真空环境和作为显微物镜的承载体，所述的显微成像系统包括显微物镜，显微物镜放置于真空可换样冷台系统内。

2.根据权利要求1所述的一种超低温可换样显微成像系统，其特征在于：所述的光源系统为多路耦合光源。

3.根据权利要求1所述的一种超低温可换样显微成像系统，其特征在于：所述的真空可换样冷台系统包括冷台底座模块(1)、防污染罩(2)、真空罩(6)、真空插板阀(7)、真空换样杆(8)、冷冻电镜样品杆(9)、制冷剂输入管(10)、制冷剂挥发管(11)、换样杆真空管(12)、冷台真空阀门(13)、冷台真空管(14)、冷芯(15)、三维位移台(16)、柔性导热结构(17)、样品台(18)、样品杆头(19)和温度传感器(20)；

所述的冷台底座模块(1)上表面设置真空罩(6)，形成真空腔室，冷台底座模块(1)为中空，其侧壁连通制冷剂输入管(10)和制冷剂挥发管(11)，冷芯(15)安装于冷台底座模块(1)上表面中部，冷芯(15)下端在冷台底座模块(1)内部，上端设有三维位移台(16)，温度传感器(20)安装在三维位移台(16)侧面，样品台(18)安装于三维位移台(16)上，样品台(18)与冷芯(15)通过覆盖柔性导热结构(17)连接，样品杆头(19)放置在样品台(18)上，真空换样杆(8)与真空罩(6)侧壁连接，真空换样杆(8)为中空，真空插板阀(7)和换样杆真空管(12)位于真空换样杆(8)侧面，冷台真空阀门(13)和冷台真空管(14)与制冷剂挥发管(11)连接；

其中真空腔室为样品提供真空环境；三维位移台(16)用以移动样品和实现聚焦；冷芯(15)为样品提供超低温的制冷源；柔性导热结构(17)用以将冷芯(15)的温度传导到样品台(18)；真空换样杆(8)为样品提供真空下的换样机构；温度传感器(20)为监测三维位移台的实时温度。

4.根据权利要求3所述的一种超低温可换样显微成像系统，其特征在于：所述的光源系统包括照明器(21)、二向色镜(22)、光学窗口(4)、显微物镜支撑筒(5)和显微物镜(3)，显微物镜(3)通过显微物镜支撑筒(5)固定在真空罩(6)内，真空罩(6)顶端开设光学窗口(4)，照明器(21)发出的光通过二向色镜(22)、光学窗口(4)，经显微物镜(3)投射在样品上。

5.根据权利要求4所述的一种超低温可换样显微成像系统，其特征在于：所述的显微成像系统包括显微物镜(3)、光学窗口(4)、二向色镜(22)、聚焦透镜(23)和相机(24)；样品激发的荧光或者返回的光经显微物镜(3)收集，透过光学窗口(4)，经二向色镜(22)反射和聚焦镜(23)聚焦成像在相机(24)上。

6.根据权利要求5所述的一种超低温可换样显微成像系统的工作方法，其特征在于：包括低温下进行换样成像和常温下进行换样成像；

低温下进行换样成像步骤如下：

安装显微物镜(3)到显微物镜(5)支撑筒，样品台(18)放置在三维位移台(16)上，将真空罩(6)与冷台底座模块(1)连接；关闭真空插板阀(7)，打开冷台真空阀门(13)，外部真空泵通过换样杆真空管(12)和冷台真空管(14)对真空腔室进行抽真空，直到真空达到10^-3mbar以下；

液氮或液氦通过制冷剂输入管(10)输入冷台内部，将冷芯(15)降温，再通过制冷剂挥发管(11)挥发到空气中；柔性导热结构(17)将冷芯(15)的温度传导到样品台(18)，温度传感器(20)记录样品台(18)的实时温度，最终样品台(18)温度达到平衡，液氮制冷达到-170℃以下，液氦制冷达到-250℃以下；

将安装有样品的冷冻电镜样品杆(9)插入真空换样杆(8)前端实现滑动密封，然后通过换样杆真空管(12)抽真空，当真空换样杆内真空度达到10^-3mbar后，打开真空插板阀(7)，缓慢将冷冻电镜样品杆(9)送入真空腔中样品台(18)上方，然后将样品杆头(19)顶出，配合三维位移台(16)的移动，使样品杆头(19)落在样品台上，并通过内置磁铁与样品台固定；然后将样品杆(9)抽回真空换样杆(8)前端，关闭真空插板阀(7)，关闭外部真空泵并向真空换样杆(8)内注入氮气，待气压平衡后抽出冷冻样品杆(9)，即可对留在真空冷台内的样品进行显微成像；

照明器(21)发出的光通过二向色镜(22)、光学窗口(4)，经显微物镜(3)投射在样品上，对样品进行激发或照明；样品激发的荧光或者返回的光经显微物镜(3)收集，通过二向色镜(22)反射和聚焦镜(23)聚焦成像在相机(24)上；

在常温下进行换样成像步骤如下：

固定样品在样品台(18)上，安装显微物镜(3)到显微物镜(5)支撑筒，将真空罩(6)与冷台底座模块(1)连接；关闭真空插板阀(7)，打开冷台真空阀门(13)，外部真空泵通过换样杆真空管(12)和冷台真空管(14)对真空腔室进行抽真空，直到真空达到10^-3mbar以下；

液氮或液氦通过制冷剂输入管(10)输入冷台内部，将冷芯(15)降温，再通过制冷剂挥发管(11)挥发到空气中；柔性导热结构(17)将冷芯(15)的温度传导到样品台(18)，温度传感器(20)记录样品台(18)的实时温度，最终样品台(18)温度达到平衡，液氮制冷达到-170℃以下，液氦制冷达到-250℃以下；待温度稳定后，即可进行显微成像；

照明器(21)发出的光通过二向色镜(22)、光学窗口(4)，经显微物镜(3)投射在样品上，对样品进行激发或照明；样品激发的荧光或者返回的光经显微物镜(3)收集，通过二向色镜(22)反射和聚焦镜(23)聚焦成像在相机(24)上。