本發(fā)明涉及顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光纖的微球操縱裝置及顯微成像系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種光纖制作方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代生物學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，在微觀結(jié)構(gòu)的研究中對成像分辨率提出了越來越高的要求，科學(xué)家希望從分子水平揭示生命過程和材料性能的物理本質(zhì)。

對于普通光學(xué)顯微鏡，由于受到光學(xué)衍射極限的限制，其橫向分辨率被限制在200nm以上，這對于研究深亞波長結(jié)構(gòu)或者細胞結(jié)構(gòu)是遠遠不能滿足要求的。為了突破衍射極限的限制，世界各地的科研人員對此展開了深入的研究，其中，最典型的幾種方法包括受激發(fā)射損耗顯微技術(shù)、結(jié)構(gòu)光照明顯微法、隨機光場重建顯微法、熒光蛋白光激活定位技術(shù)等，但這幾種方法大多基于復(fù)雜數(shù)據(jù)的后續(xù)處理，存在系統(tǒng)較為復(fù)雜、價格昂貴、效率較低等問題，不能被普遍地應(yīng)用。

基于微球納米錐效應(yīng)的超分辨成像技術(shù)，首先由英國曼徹斯特大學(xué)的研究團隊于2011年提出，該技術(shù)采用白光照明光源，激發(fā)樣品產(chǎn)生消逝波，利用微米量級的微球耦合消逝波，并進行空間放大產(chǎn)生放大的虛像，再對虛像進行二次成像，來獲得樣品表面的超分辨顯微圖像，實現(xiàn)了基于白光寬場照明達到遠場超分辨的顯微成像。該項技術(shù)基于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、效率高、成本低廉等優(yōu)點受到普遍關(guān)注。

在該技術(shù)中，基于微球形成納米錐的寬度與微球之間的距離有關(guān)。在某一合適的距離，納米錐中心光斑的半高寬度最窄，也就是形成的點擴散函數(shù)最小，相應(yīng)在此位置的成像分辨率最高。但目前技術(shù)階段，微球在液體中不能保持懸浮，微球與樣品表面是直接接觸，因此并不能得到最佳的成像效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖的微球操縱裝置及顯微成像系統(tǒng)，實現(xiàn)利用光束操縱微球在縱向方向移動，能夠調(diào)整微球的縱向位置到達最佳成像點，進而提高成像質(zhì)量。本發(fā)明還提供一種光纖制作方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于光纖的微球操縱裝置，包括激光器、光纖分束器和多個光纖；

多個所述光纖至少包括位于與微球樣品所在平面垂直的第一平面內(nèi)且以微球樣品為中心相對設(shè)置的兩個所述光纖；

所述光纖位于所述微球樣品所在平面的同一側(cè)，且與微球樣品所在平面具有預(yù)設(shè)夾角，并具有錐形的尾端，每一所述光纖的尾端正對所述微球樣品；

所述激光器與所述光纖分束器連接，所述光纖分束器的輸出端分別與所述光纖對應(yīng)連接。

可選地，多個所述光纖還包括位于與微球樣品所在平面垂直的第二平面內(nèi)且以微球樣品為中心相對設(shè)置的兩個所述光纖。

可選地，還包括微位移操縱臺，所述光纖由所述微位移操縱臺固定，所述微位移操縱臺與微球樣品所在平面的夾角可調(diào)節(jié)。

可選地，還包括設(shè)置在所述光纖與所述微位移操縱臺固定區(qū)域的毛細玻璃管。

可選地，所述激光器為輸出光波長為980nm的功率可調(diào)諧式激光器。

可選地，還包括與所述光纖分束器的另一輸出端連接的、用于檢測光功率的光功率計。

一種顯微成像系統(tǒng)，包括：

包括物鏡和目鏡的光學(xué)顯微鏡；

如上所述的微球操縱裝置，其中，所述微球操縱裝置的多個光纖分別對應(yīng)設(shè)置在載物臺樣品區(qū)域；

在所述光學(xué)顯微鏡的目鏡一側(cè)設(shè)置的光電成像裝置；

與所述光電成像裝置連接的計算機。

一種光纖制作方法，包括：

在單根光纖的中部區(qū)域，將光纖一區(qū)段的保護層剝除；

將所述光纖的兩端固定，對剝除保護層的區(qū)段加熱，同時在所述光纖的兩端施加軸向拉力，直至將所述光纖拉斷，所述光纖拉斷的一端作為尾端。

可選地，所述將光纖一區(qū)段的保護層剝除之后還包括：采用酒精棉對剝除保護層的光纖區(qū)段的包層進行清洗；

所述將所述光纖拉斷之后還包括：采用酒精棉對形成的光纖尾端進行清洗。

可選地，所述將所述光纖的兩端固定，具體包括：將所述光纖的兩端分別固定在可移動的V型槽內(nèi)；

所述在所述光纖的兩端施加軸向拉力，具體包括：通過所述V型槽對所述光纖的兩端施加軸向拉力。

由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的基于光纖的微球操縱裝置及顯微成像系統(tǒng)，所述微球操縱裝置包括激光器、光纖分束器和多個光纖，多個所述光纖至少包括位于與微球樣品所在平面垂直的第一平面內(nèi)且以微球樣品為中心相對設(shè)置的兩個光纖，光纖與微球樣品所在平面具有預(yù)設(shè)夾角，并具有錐形的尾端，每一光纖的尾端正對微球樣品。光纖輸出光照射到微球樣品，在光學(xué)勢阱中介質(zhì)微球主要受到沿光束傳播方向的散射力和梯度力(其方向指向最高能量密度點)。相對的兩個傾斜設(shè)置的光纖輸出光作用于微球，可以產(chǎn)生兩個梯度力和兩個散射力，因此通過平衡兩個梯度力、兩個散射力以及微球受到的其它形式力如重力、浮力，可以操縱微球在縱向方向移動。

因此，本發(fā)明基于光纖的微球操縱裝置及顯微成像系統(tǒng)，實現(xiàn)利用光束操縱微球在縱向方向移動，能夠調(diào)整微球的縱向位置到達最佳成像點，進而提高成像質(zhì)量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于光纖的微球操縱裝置中光纖的設(shè)置示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種光纖制作方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種顯微成像系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供一種基于光纖的微球操縱裝置，包括激光器、光纖分束器和多個光纖；

多個所述光纖至少包括位于與微球樣品所在平面垂直的第一平面內(nèi)且以微球樣品為中心相對設(shè)置的兩個所述光纖；

所述光纖位于所述微球樣品所在平面的同一側(cè)，且與微球樣品所在平面具有預(yù)設(shè)夾角，并具有錐形的尾端，每一所述光纖的尾端正對所述微球樣品；

所述激光器與所述光纖分束器連接，所述光纖分束器的輸出端分別與所述光纖對應(yīng)連接。

可以看出，本實施例基于光纖的微球操縱裝置，應(yīng)用于微球應(yīng)用的顯微成像系統(tǒng)中，包括激光器、光纖分束器和多個光纖，多個所述光纖至少包括位于與微球樣品所在平面垂直的第一平面內(nèi)且以微球樣品為中心相對設(shè)置的兩個光纖，光纖與微球樣品所在平面具有預(yù)設(shè)夾角，并具有錐形的尾端，每一光纖的尾端正對微球樣品。光纖輸出光照射到微球樣品，在光學(xué)勢阱中介質(zhì)微球主要受到沿光束傳播方向的散射力和梯度力(其方向指向最高能量密度點)。相對的兩個傾斜設(shè)置的光纖輸出光作用于微球，可以產(chǎn)生兩個梯度力和兩個散射力，因此通過平衡兩個梯度力、兩個散射力以及微球受到的其它形式力如重力、浮力，可以操縱微球在縱向方向移動。

因此，本發(fā)明基于光纖的微球操縱裝置實現(xiàn)利用光束操縱微球在縱向方向移動，能夠調(diào)整微球的縱向位置到達最佳成像點，進而提高成像質(zhì)量。

下面對本實施例微球操縱裝置中光纖的設(shè)置方式進行詳細說明。

可參考圖1，本實施例微球操縱裝置，多個所述光纖至少包括位于與微球樣品所在平面垂直的第一平面內(nèi)的兩個光纖1，所述兩個光纖1以微球樣品為中心相對設(shè)置，每一光纖1具有錐形的尾端100，正對微球樣品，通過光纖輸出光照射到介質(zhì)微球，來操縱微球移動。

光纖1與微球樣品所在平面具有預(yù)設(shè)夾角θ，通過調(diào)節(jié)角度θ，可以調(diào)節(jié)微球受到力的方向和各分力的大小。

在另一種實施例中，多個所述光纖還包括位于與微球樣品所在平面垂直的第二平面內(nèi)且以微球樣品為中心相對設(shè)置的兩個光纖，光纖與微球樣品所在平面具有預(yù)設(shè)夾角。通過位于第一平面和第二平面內(nèi)的光纖，可以更為精確地控制微球樣品在縱向方向移動，控制微球縱向位置到達最佳成像點。其第一平面和第二平面的夾角可以靈活設(shè)置，優(yōu)選的，所述第一平面與所述第二平面垂直設(shè)置。

本實施例光纖具有錐形的尾端，通過錐形的尾端可以使光纖輸出端的光能量密度大大提高，輸出具有高光強梯度分布的輸出光束，可以控制微球受到的梯度力和散射力的大小和方向。下面對本實施例提供的一種光纖制作方法進行詳細說明，請參考圖2，本實施例光纖制作方法包括步驟：

S1：在單根光纖的中部區(qū)域，將光纖一區(qū)段的保護層剝除。

具體的，可以利用光纖剝皮鉗，將單根光纖中部區(qū)域的一區(qū)段的保護層剝除。進一步可采用酒精棉對剝除保護層的光纖區(qū)段的包層進行清洗，清洗干凈。

S2：將所述光纖的兩端固定，對剝除保護層的區(qū)段加熱，同時在所述光纖的兩端施加軸向拉力，直至將所述光纖拉斷，所述光纖拉斷的一端作為尾端。

具體的，可以通過將所述光纖的兩端分別固定在可移動的V型槽內(nèi)，將所述光纖的兩端固定。然后采用氫氧焰對光纖剝除保護層的區(qū)段進行加熱，同時，在光纖兩端通過V型槽對所述光纖的兩端施加軸向拉力，直至將光纖拉斷，光纖拉斷的一端作為尾端。并進一步采用酒精棉對形成的光纖尾端進行清洗。

本實施例所述微球操縱裝置，可參考圖3，光纖分束器3與激光器2連接，它的輸出端分別與光纖對應(yīng)連接。本實施例中光纖1優(yōu)選采用單模光纖，并且為了使激光器的輸出光可以高效地耦合進入單模光纖中，激光器2輸出端以單模光纖輸出。另外，由于需要在水中對介質(zhì)微球進行操縱，因此為減少水對激光光源功率的損耗，優(yōu)選采用輸出光波長為980nm的功率可調(diào)諧式激光器。

所述微球操縱裝置還包括微位移操縱臺4，光纖1由微位移操縱臺4固定，可調(diào)節(jié)光纖1在水平方向或縱向方向位移。所述微位移操縱臺4還具有角度調(diào)節(jié)功能，微位移操縱臺與微球樣品所在平面的夾角可調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)光纖1與微球樣品所在平面的夾角。在光纖傾斜角度確定后，通過微位移操縱臺4可以比較精確地控制光纖在水平方向或縱向方向上移動，以調(diào)整微球在液體中的縱向位置。

優(yōu)選的，為了減少光纖剛度低產(chǎn)生彎曲影響微球操縱的精度，可在光纖1的與微位移操縱臺4固定區(qū)域設(shè)置毛細玻璃管6，在光纖1外套上毛細玻璃管6，增加其剛度。

優(yōu)選的，在所述光纖分束器3的一輸出端可連接用于檢測光功率的光功率計5，通過光功率計5檢測激光器2的輸出功率。若操縱裝置設(shè)置兩個光纖1，所述光纖分束器3可采用1×3光纖分束器，其兩個輸出端與兩側(cè)的光纖連接，另一輸出端接光功率計5。

本實施例基于光纖的微球操縱裝置，應(yīng)用于微球應(yīng)用的顯微成像系統(tǒng)中，利用光纖輸出光束作用于液體中的微球，在微球樣品的相對兩側(cè)設(shè)置兩個操縱光纖，光纖與水平面具有夾角傾斜設(shè)置，可以實現(xiàn)操縱微球在縱向方向上移動。能夠調(diào)整液體中微球的縱向位置，以到達最佳成像點，達到最佳成像分辨率及最佳成像對比度，進而提高成像質(zhì)量。本實施例微球操縱裝置結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強，成本低，效率高，能夠得到普遍和廣泛的應(yīng)用。

相應(yīng)的，本發(fā)明實施例還提供一種顯微成像系統(tǒng)，可參考圖3，圖3為本發(fā)明實施例提供的一種顯微成像系統(tǒng)的示意圖，所述顯微成像系統(tǒng)包括：

包括物鏡和目鏡的光學(xué)顯微鏡7；

如上所述的微球操縱裝置，其中，所述微球操縱裝置的多個光纖分別對應(yīng)設(shè)置在載物臺樣品區(qū)域；

在所述光學(xué)顯微鏡的目鏡一側(cè)設(shè)置的光電成像裝置8；

與所述光電成像裝置連接的計算機9。

通過光學(xué)顯微鏡7、光電成像裝置8形成樣品的像，輸出到計算機9進行顯示。所述光電成像裝置8具體可采用CCD相機。

所述顯微成像系統(tǒng)還包括微位移操縱臺4、毛細玻璃管6、激光器2、光纖分束器3以及光功率計5，具體各部分功能及設(shè)置方式均可參考上實施例內(nèi)容所述。

在實際應(yīng)用中對樣品進行顯微成像觀察時，先在光學(xué)顯微鏡7載物臺樣品區(qū)域分別設(shè)置光纖1，分別由微位移操縱臺4固定；激光器2的輸出端與光纖分束器3連接，光纖分束器3的一輸出端接光功率計5，另外輸出端分別連接光纖1。將光纖固定好之后，將樣品放在載物臺10上，在樣品上滴注幾滴含微球的懸浮液，微球可采用直徑為5μm的二氧化硅小球(n＝1.46)。通過兩側(cè)相對位置的光纖輸出光束對微球進行操縱，可以操縱微球在縱向方向移動，調(diào)整其縱向位置。經(jīng)光學(xué)顯微鏡7和CCD相機8將樣品的像輸出到計算機9。通過適當調(diào)節(jié)微球與樣品之間的距離得到最佳成像點的位置，從而得到最佳分辨率和成像對比度的圖像。

以上對本發(fā)明所提供的一種基于光纖的微球操縱裝置及顯微成像系統(tǒng)、光纖制作方法進行了詳細介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。