[发明专利]基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统

权利要求书

1.基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，包括扫描光学系统、Z轴扫描控制系统、倒置荧光显微成像系统以及自动定焦和锁焦系统，其特征是；所述纳米孔—微透镜产生的超衍射极限聚焦光斑激发样品的荧光信号，根据纳米孔—微透镜Z轴扫描控制系统确定纳米孔—微透镜聚焦光斑和样品之间距离，控制三维压电陶瓷位移台实现对样品的三维方向扫描，自动定焦和锁焦系统确定显微物镜和样品的焦面并锁定该焦面，最后采用倒置荧光显微镜对样品的超分辨成像；

所述扫描光学系统包括激光器(4)、偏振片(5)、第一聚焦透镜(6)、第一光纤耦合器(7)、扫描探针(8)和三维压电陶瓷位移台(9)；

所述Z轴扫描控制系统包括近红外激光器(10)、衰减片(11)、第二聚焦透镜(12)、第一光纤环形器端口(13)、第二光纤环形器端口(14)、第三光纤环形器端口(15)和雪崩二极管(16)；

所述倒置荧光显微成像系统包括显微物镜(18)、Z轴压电陶瓷(19)、二向色镜(20)、发射滤光片(21)、第三聚焦透镜(22)和传感器(23)；

所述自动定焦和锁焦系统包括激光二极管(24)、空间滤波器(25)、准直器(26)、半透半反滤光片(27)、长波通滤光片(28)、第四聚焦透镜(29)和线阵CCD(30)；

调整激光器(4)发出可见单色激光经偏振片(5)和第一聚焦透镜(6)后通过光纤耦合器(7)传输至扫描探针(8)；

所述激光经过扫描探针(8)照射样品(17)，由样品(17)产生的荧光通过显微物镜(18)汇聚，然后经过二向色镜(20)透射，发射滤光片(21)滤光以及经第三聚焦透镜(22)聚焦后由传感器(23)接收；

所述三维压电陶瓷位移台(9)对样品扫描过程中，每移动一个点发送一个数字触发信号，数据采集卡根据接收的触发信号向传感器(23)发送采集数据控制信号；

所述扫描探针(8)固定在三维压电陶瓷位移台(9)上，显微物镜(18)固定在Z轴压电陶瓷(19)上；

近红外激光器(10)出射激光经过衰减片(11)和第二聚焦透镜(12)进入第一光纤环形器端口(13)，第一光纤环形器端口(13)将激光传输至第二光纤环形器端口(14)，第二光纤环形器端口(14)探测样品(17)的后向散射光，所述后向散射光经第三光纤环形器端口(15)后由雪崩二极管(16)探测接收；

所述雪崩二极管(16)根据接收的光强信号转换为电信号发送至数据采集卡，根据对电信号的处理和分析控制三维压电陶瓷位移台(9)，实现对样品的三维方向扫描，并确定纳米孔—微透镜聚焦光斑和样品之间距离；

所述激光二极管(24)产生的近红外激光经过空间滤波器(25)变成高斯点光源，所述点光源入射到准直器(26)变成平行光，所述平行光经过半透半反滤光片(27)和长波通滤光片(28)后由二向色镜(20)反射至显微物镜(18)，并到达样品(17)表面，所述样品(17)被激发后产生的发射激光由显微物镜(18)接收并到达焦面，经焦面反射的光经长波通滤光片(28)和半透半反滤光片(27)后经第四聚焦透镜(29)反射进入线阵CCD(30)；

所述线阵CCD(30)接收焦面反射的光信号并传至数据采集卡，根据信号特征进行数据分析和处理，并发送控制信号至Z轴压电陶瓷(19)，所述Z轴压电陶瓷(19)控制显微物镜(18)的Z轴方向移动，实现自动对焦和锁焦。

2.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：还包括制备纳米孔-微透镜；

首先建立模型和数值仿真，优化纳米孔—微透镜参数；

然后采用真空离子溅射镀膜机在微透镜(1)表面镀金属薄膜(2)，采用聚焦离子束刻蚀技术在镀有金属薄膜的微透镜表面刻蚀纳米孔，最终形成纳米孔—微透镜。

3.根据权利要求1所述的基于纳米孔—微透镜扫描超分辨显微成像系统，其特征在于：由光纤(8-1)、准直器(8-2)以及纳米孔—微透镜(8-3)组成扫描探针，光源经准直器(8-2)准直后通过微透镜的纳米孔照射至样品表面；所述扫描探针(8)作为负载固定在三维压电陶瓷位移台(9)上，完成对样品的扫描。