一種正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V儀系統(tǒng)裝置。裝置由半導(dǎo)體拉曼激光器、空間濾波器、短通二向色分束光路系統(tǒng)、光譜儀、正置顯微鏡和倒置顯微鏡構(gòu)成，激光器與空間濾波器之間以光路方式相連；空間濾波器與短通二向色分束光路系統(tǒng)以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與正置顯微鏡之間以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與拉曼檢測儀之間以光纖方式連接；短通二向色分束光路系統(tǒng)與正置顯微鏡之間以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與倒置顯微鏡之間通過反射鏡以光路方式相連。檢測過程中保證細(xì)胞的活性，對細(xì)胞進(jìn)行生化分析。正置與倒置激光光鑷?yán)庾V系統(tǒng)之間可以通過一個裝有45°反射鏡的轉(zhuǎn)盤靈活方便進(jìn)行切換，既可以組合使用也可以單獨使用。
【專利說明】一種正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V測試裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對微米級透明物質(zhì)進(jìn)行光鑷捕獲和拉曼光譜測試，特別適合對細(xì)胞或者細(xì)胞器研究。對獲得的拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以區(qū)分和鑒別生物細(xì)胞微小結(jié)構(gòu)或生化成分變化。
【背景技術(shù)】
[0002]激光光鑷?yán)到y(tǒng)是一項將激光光鑷與拉曼光譜相結(jié)合的光學(xué)技術(shù)，它是當(dāng)今生物領(lǐng)域中單細(xì)胞分子水平研究的熱門工具，具有無損、快速、實時檢測等特點。現(xiàn)在國際上其它研究小組搭建起來的大部分是倒置的激光光鑷?yán)到y(tǒng)，但是它存在的一些不足:激光從物鏡到細(xì)胞需要經(jīng)過油鏡鏡油和蓋玻片，才能實現(xiàn)對細(xì)胞的抓捕，但這樣測試的光譜信號很容易受到鏡油和蓋玻片背景信號的干擾，同時不能夠充分有效利用油鏡鏡頭的數(shù)值孔徑，而且抓捕的細(xì)胞只能局限于蓋玻片上方的15微米左右的細(xì)胞，對其它位置的細(xì)胞無法進(jìn)行光鑷捕獲，給實際操作帶來很大不便；而正置光鑷系統(tǒng)雖然能夠水鏡鏡頭伸到溶液中的任意深度進(jìn)行細(xì)胞捕獲，但水鏡鏡頭的數(shù)值孔徑偏小，利用正置系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)胞抓捕時需要較大的激光功率，所以難以實現(xiàn)對質(zhì)量較大的細(xì)胞或其它微粒的光鑷捕獲。鑒于正置和倒置激光光鑷?yán)到y(tǒng)的各自優(yōu)缺點，本發(fā)明組建的這套正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V裝置，可以充分利用它們各自的優(yōu)點，根據(jù)具體情況靈活選擇正置或者倒置顯微鏡系統(tǒng)，對微米級透明物質(zhì)進(jìn)行光鑷捕獲和拉曼光譜測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務(wù)是通過自行搭建正置與倒置聯(lián)用的激光光鑷?yán)庾V測試裝置，實現(xiàn)對活性細(xì)胞的捕獲并且可以同時進(jìn)行拉曼光譜測試。
[0004]為實現(xiàn)本發(fā)明設(shè)計目的采用的技術(shù)方案是:裝置由半導(dǎo)體拉曼激光器、空間濾波器、短通二向色分束光路系統(tǒng)、光譜儀、正置顯微鏡和倒置顯微鏡構(gòu)成，其中激光器與空間濾波器之間通過反射鏡A、反射鏡B以光路方式相連；空間濾波器與短通二向色分束光路系統(tǒng)通過反射鏡C、反射鏡D以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與正置顯微鏡之間以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與拉曼檢測儀之間以光纖方式連接；短通二向色分束光路系統(tǒng)與正置顯微鏡之間通過反射鏡E以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與倒置顯微鏡之間通過反射鏡F、反射鏡G、反射鏡H以光路方式相連。
[0005]所述的半導(dǎo)體拉曼激光器波長為785nm單模半導(dǎo)體拉曼激光器。
[0006]所述的空間濾波器由同光軸設(shè)置的凸透鏡A、針孔、凸透鏡B和帶通濾色片組成，激光器發(fā)出的激光依次通過凸透鏡A、針孔、凸透鏡B和帶通濾色片。
[0007]所述的短通二向色分束光路系統(tǒng)由短通二向色分束鏡、凸透鏡C、陷波濾色片和光纖連接器組成，空間濾波器反射出的激光，以45°的入射角入射到短波通二向色分束鏡并穿過分束鏡后直行進(jìn)入正置顯微鏡中；由正置顯微鏡反射回來的拉曼信號經(jīng)該分束鏡以90°的反射角反射后入射到凸透鏡C、陷波濾色片、光纖并最后被光譜儀接收。[0008]首先讓波長為785nm單模半導(dǎo)體激光器輸出的激光經(jīng)平面反射鏡A、反射鏡B反射后進(jìn)入空間濾波器中同光軸設(shè)置的凸透鏡A、針孔、凸透鏡B和帶通濾色片。空間濾波器的作用是進(jìn)一步優(yōu)化單模激光的輸出模式，有利于后面實現(xiàn)對細(xì)胞穩(wěn)定的光鑷捕獲。
[0009]從帶通濾色片出射的激光被反射鏡C、反射鏡D反射后以45°的入射角入射到短通二向色分束光路系統(tǒng)中設(shè)置的短波通二向色分束鏡并透射過該分束鏡，激光被導(dǎo)入到一個正置顯微鏡中。正置顯微鏡上方設(shè)置有一個呈45°安裝的反射鏡E，利用反射鏡E可以將激光導(dǎo)入到正置顯微鏡鏡筒中進(jìn)而實現(xiàn)對正置顯微鏡下方細(xì)胞培養(yǎng)皿A中細(xì)胞的捕獲，同時這束激光還作為激發(fā)光激發(fā)細(xì)胞拉曼信號，所激發(fā)的細(xì)胞拉曼信號以180°反向反射回來，經(jīng)正置顯微鏡、反射鏡E反射后又被二向色分束鏡反射，進(jìn)入焦距為150mm的凸透鏡C聚焦，再通過陷波濾色片濾除被散射回來的少量激光，最后將純拉曼信號匯聚、耦合到芯徑為50微米的光纖。該光纖既是用來接收拉曼光譜信號，同時光纖端面又相當(dāng)于50微米的針孔，可以實現(xiàn)共聚焦的光路結(jié)構(gòu)，濾除雜散光信號。
[0010]經(jīng)過光纖將拉曼信號傳輸?shù)焦庾V儀探測拉曼光譜信號并最終通過電腦顯示器顯示出來。
[0011]如果需要利用倒置顯微鏡進(jìn)行細(xì)胞光鑷捕獲和拉曼檢測，可以通過移動正置顯微鏡中反射鏡E，讓激光直接穿過正置顯微鏡，被反射鏡F、反射鏡G和反射鏡H反射將激光導(dǎo)入到倒置顯微鏡中，同時利用倒置顯微鏡中配置的100倍油鏡鏡頭可以更加容易實現(xiàn)對細(xì)胞的光鑷捕獲。同時這束激光還作為激發(fā)光激發(fā)細(xì)胞拉曼信號，所激發(fā)的細(xì)胞拉曼信號以180°反向反射回來，經(jīng)倒置顯微鏡、反射鏡G、反射鏡F反射后被短波通二向色分束鏡反射進(jìn)入一焦距為150mm的匯聚透鏡聚焦，拉曼信號再通過一陷波濾色片濾除被散射回來的激光，最后將純拉曼信號匯聚、耦合到芯徑為50微米的光纖，經(jīng)過該光纖將拉曼信號傳輸?shù)焦庾V儀探測拉曼光譜信號并最終通過電腦顯示器顯示出來。
[0012]利用這套正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V儀裝置，我們可以充分利用正置與倒置光路兩者的優(yōu)點，根據(jù)實際情況，方便、靈活選擇正置或倒置系統(tǒng)進(jìn)行活性細(xì)胞的快速捕獲，并且通過拉曼光譜對細(xì)胞的生化成分進(jìn)行實時檢測與分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為對本發(fā)明有更深刻的理解，下面結(jié)合附圖，以實施例的方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0015]圖1中，I是反射鏡A ；2是單模半導(dǎo)體拉曼激光器；3是反射鏡D ；4是短通二向色分束鏡；5是反射鏡E ；6是反射鏡F ；7是細(xì)胞培養(yǎng)皿B ；8是倒置顯微鏡；9是反射鏡H ;10是反射鏡G ;11是正置顯微鏡；12是細(xì)胞培養(yǎng)皿A ；13是光纖連接器；14是拉曼光譜儀；15是光纖；16是陷波濾色片；17是凸透鏡C ; 18是反射鏡C ; 19是帶通濾色片；20是凸透鏡B ;21是針孔；22是凸透鏡A ；23是反射鏡B。
[0016]實施例1
首先單模半導(dǎo)體拉曼激光器輸出785nm激光，經(jīng)反射鏡A I和反射鏡B 23反射后依次通過凸透鏡A 22、針孔21、凸透鏡B 20、帶通濾色片19、反射鏡C 18和反射鏡D 3后，激光以45°的入射角入射到785nm短波通二向色分束鏡4并透射過該分束鏡，激光被導(dǎo)入到一個裝有45°反射角的反射鏡E 5反射進(jìn)入正置顯微鏡11，直至正置顯微鏡11中的63倍萊卡水鏡鏡頭，出射的激光對水鏡下方細(xì)胞培養(yǎng)皿A 12中的活性細(xì)胞進(jìn)行捕獲，此時激光功率為IOmw左右。通過顯微鏡中自帶的CCD來觀察細(xì)胞是否被穩(wěn)定的捕獲在激光焦點所形成是勢阱中。當(dāng)細(xì)胞被捕獲在光鑷勢井中時，利用這束激光同時作為激發(fā)光激發(fā)細(xì)胞拉曼信號。從180。反向反射回來的細(xì)胞拉曼信號經(jīng)水鏡鏡頭接收、反射鏡E 5反射后被二向色分束鏡4反射進(jìn)入凸透鏡C 17匯聚，拉曼信號再通過一陷波濾色片16濾除少量被散射回來的激光，最后通過光纖連接器13將純拉曼信號匯聚、耦合到芯徑為50微米的光纖15，經(jīng)過光纖15將拉曼信號傳輸?shù)焦庾V儀14探測拉曼光譜信號并最終通過電腦顯示器顯示出來。
[0017]上述激光器為785nm單模半導(dǎo)體拉曼激光器(廠家:上海熙隆光電科技有限公司，型號:SL-785-XXX)，發(fā)出的激光最大功率為IOOmW ;正置顯微鏡為萊卡品牌；Kaiser光譜儀(型號:HoloSpec-f_2.2-NIR);反射鏡型號:PF10-03-P01_10空間濾波器(KT310)，凸透鏡(型號:LA1608-B-ML)，帶通濾色片(型號:FL780_10)，二向色分束鏡(LPD01-785RU-25)、陷波濾色片(NF01-785U-25)、購自于Thorlab公司；光纖(QP100-2-VIS-NIR)及其適配器。凸透鏡(C220TME-B)，f=llmm ;凸透鏡(LA1805-B)，f=30mm。
[0018]實施例2
轉(zhuǎn)動正置顯微鏡11中上方反射鏡E 5移出光路，讓激光直接發(fā)射到反射鏡F 6，再經(jīng)反射鏡G 10、反射鏡H 9的反射，將激光導(dǎo)入到倒置顯微鏡8中，同時利用倒置顯微鏡8中配置的高數(shù)值孔徑的100倍油鏡鏡頭可以更加容易實現(xiàn)對細(xì)胞的光鑷捕獲和拉曼光譜測試。
[0019]上述激光器為785nm單模半導(dǎo)體拉曼激光器(廠家:上海熙隆光電科技有限公司，型號:SL-785-XXX)，發(fā)出的激光最大功率為IOOmW ;正置顯微鏡為萊卡品牌；Kaiser光譜儀(型號:HoloSpec-f_2.2-NIR);反射鏡型號:PF10-03-P01_10空間濾波器(KT310)，凸透鏡(型號:LA1608-B-ML)，帶通濾色片(型號:FL780_10)，二向色分束鏡(LPD01-785RU-25)、陷波濾色片(NF01-785U-25)、購自于Thorlab公司；光纖(QP100-2-VIS-NIR)及其適配器。凸透鏡(C220TME-B)，f=llmm ;凸透鏡(LA1805-B)，f=30mm。
【權(quán)利要求】
1.一種正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V測試裝置，其特征在于裝置由半導(dǎo)體拉曼激光器、空間濾波器、短通二向色分束光路系統(tǒng)、光譜儀、正置顯微鏡和倒置顯微鏡構(gòu)成，其中激光器與空間濾波器之間通過反射鏡A、反射鏡B以光路方式相連；空間濾波器與短通二向色分束光路系統(tǒng)通過反射鏡C、反射鏡D以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與正置顯微鏡之間以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與拉曼檢測儀之間以光纖方式連接；短通二向色分束光路系統(tǒng)與正置顯微鏡之間通過反射鏡E以光路方式相連；短通二向色分束光路系統(tǒng)與倒置顯微鏡之間通過反射鏡F、反射鏡G、反射鏡H以光路方式相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V測試裝置，其特征在于所述的半導(dǎo)體拉曼激光器波長為785nm單模半導(dǎo)體拉曼激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V測試裝置，其特征在于所述的空間濾波器由同光軸設(shè)置的凸透鏡A、針孔、凸透鏡B和帶通濾色片組成，激光器發(fā)出的激光依次通過凸透鏡A、針孔、凸透鏡B和帶通濾色片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正置與倒置聯(lián)用的共聚焦激光光鑷?yán)庾V測試裝置，其特征在于所述的短通二向色分束光路系統(tǒng)由短通二向色分束鏡、凸透鏡C、陷波濾色片和光纖連接器組成。
【文檔編號】G01N21/65GK103499562SQ201310488012
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】馮尚源, 陳榮, 李永增, 黃少華, 林居強, 黃組芳 申請人:福建師范大學(xué)