[发明专利]一种基于光学薄膜的多功能显微成像载片

说明书

本发明公开了一种基于光学薄膜的多功能显微成像载片，包括：光子晶体入射层、散射薄膜层、光子晶体功能层、样品层；本发明各层可以利用膜层加工的方式逐层制备，也可以分别制备后利用折射率匹配油组合起来。该成像载片第一次利用特殊设计制备的多种一维光子晶体复合结构，将垂直入射光转化为大数值孔径出射光、全内反射光和表面等离激元，成功在传统显微镜上实现了高对比度的暗场和表面等离激元成像。

技术领域

本发明涉及高对比度的暗场光学显微成像领域，特别涉及一种基于光学薄膜的多功能显微成像载片领域。

背景技术

显微技术是人们了解微观世界最直接的手段，光学显微技术将微观世界图像直接呈现在我们眼前，是所有显微技术中最直观也是最常用的一种显微技术。暗场显微技术则是通过在光学显微成像的过程中，减少照明光的收集，增强照明后散射光的收集，以提高成像系统的信噪比。根据照明光的数值孔径大小，暗场显微镜能够提供透射，和全内反射等照明方式。上述主要显微技术在实际应用中具有一定局限性，其存在的问题为：

(1)光学结构复杂。传统暗场显微方式依赖于暗场环，聚光镜，暗场收集物镜等各种光学元件之间相互配合，结构搭建复杂，所占空间大。

(2)使用成本高。传统暗场显微镜所需的各种光学元件，数量多，制作加工的成本高，需要与成套的显微镜系统配套搭建，整体使用和搭建的成本相对于显微系统而言较为高昂。

(3)使用便捷性差。针对不同的暗场照明模式，传统的暗场显微镜的需要精细调整暗场环，收集物镜等元件，十分依赖熟练的光学系统调整经验，对于大部分用户使用便捷性差。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服传统暗场显微镜光学结构复杂、使用成本高且使用便捷性差的不足，提供一种基于光学薄膜的多功能显微成像载片，该载片利用制备多层光学薄膜结构，利用传统显微系统的垂直入射照明光，针对一个或多个工作波长同时实现包括大数值孔径透射、全反射暗场和表面等离激元照明等多种功能，降低暗场显微系统的使用成本并提高使用便捷性。

本发明实现上述目的的技术方案如下：一种基于光学薄膜的多功能显微成像载片，所述载片包括：光子晶体入射层1、散射薄膜层2、光子晶体功能层3和样品层4；

所述光子晶体功能层3通过禁带设计，对于所设计的多个入射工作波长的入射角度和偏振进行调制，针对全内反射所设计的光子晶体功能层3的要求透射数值孔径大于1，对于透射式暗场则要求光子晶体功能层的透射数值孔径大于收集系统数值孔径，则光束透过光子晶体功能层3后在样品层4的表面发生全内反射和暗场透射，实现针对液体环境中直径100纳米以下的有机纳米球和纳米线实现对比度高于0.1的高对比度无标记显微图像，相比于传统的暗场成像效果，其对比度可以上升8-10倍；

光子晶体入射层1通过设计禁带使得一个或多个的目标波长，能够在接近零度的垂直入射情况下通过，从而照射至散射薄膜层2发生散射，同时限制散射薄膜层2散射和光子晶体功能层3反射的非垂直出射光束，从而提高成像载片的利用效率；

散射薄膜层2处于光子晶体功能层3和光子晶体入射层1之间，为透过入射层的光束提供散射波矢来源，同时散射被光子晶体功能层3和光子晶体入射层1所反射回的光束；

样品层4用来承载样品，通过折射率匹配油与其它各层结合，方便分离和替换，以降低使用成本，提高使用便捷性。

所述样品层4，对于透射或全内反射系统要求，采用玻璃基底，对于表面等离激元体系，只需要将其更换为金属纳米薄膜就能够实现。

所述光子晶体功能层3通过调整禁带位置能够灵活调整其功能的性质，满足多个工作波长同时对应多种不同功能。

所述光子晶体功能层3由一维光子晶体氮化硅氧化硅层叠构成，通过化学和物理气相沉积方式实现精确加工。相比于传统的照明，薄膜厚度可以对应于所设计的例如640纳米或750纳米波长进行选择加工。