一種用于iPALM顯微鏡的三維自動(dòng)超低溫樣品臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及一種用于干涉光激活定位(iPALM)顯微鏡的生物樣品定位與保存裝置。
【背景技術(shù)】
:
[0002]生命科學(xué)是二十一世紀(jì)最重要的研究領(lǐng)域之一。生命奧秘的一個(gè)重要現(xiàn)象是納米尺度生物分子機(jī)器復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及其神奇高效的功能。研究物質(zhì)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)離不開(kāi)顯微鏡，但是傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡分辨率只有200納米左右，僅適于觀(guān)察亞微米至毫米尺度物質(zhì)結(jié)構(gòu)。電子顯微鏡具有很高的放大倍數(shù)，理想狀態(tài)下甚至可以觀(guān)測(cè)原子的排列組合情況，也就是分辨率可達(dá)亞納米水平。然而電子顯微鏡卻不能夠識(shí)別微小結(jié)構(gòu)的屬性，而且用于觀(guān)測(cè)幾納米至幾十納米結(jié)構(gòu)時(shí)成像質(zhì)量并不理想。為了填補(bǔ)納米尺度結(jié)構(gòu)觀(guān)測(cè)技術(shù)空白，近年來(lái)國(guó)際上陸續(xù)誕生了借助熒光探針標(biāo)記成像的超高分辨熒光顯微鏡，如染料光激活定位顯微鏡PALM，干涉式染料光激活定位顯微鏡iPALM，全內(nèi)反射顯微鏡TIRFM，隨機(jī)光學(xué)重構(gòu)顯微鏡STORM等，它們的高分辨率和熒光探針標(biāo)記識(shí)別功能極大地促進(jìn)了生命科學(xué)研究進(jìn)展。其中iPALM顯微鏡又具有分辨率高以及能夠三維定位的優(yōu)點(diǎn)，尤其得到重視，最近呈現(xiàn)出與電子顯微鏡整合聯(lián)用的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]但是iPALM與電子顯微鏡聯(lián)用觀(guān)測(cè)生物樣品存在一個(gè)巨大技術(shù)障礙，就是沒(méi)有適用的商品化生物樣品臺(tái)。滿(mǎn)足要求的樣品臺(tái)需要具備以下功能:一是能夠?qū)悠窚囟瓤刂圃?150°C以下；二是能夠夾持載有生物樣品的電鏡銅網(wǎng)；三是能夠?qū)~網(wǎng)放置在兩個(gè)顯微物鏡之間不足4毫米的間隙；四是可以對(duì)樣品位置進(jìn)行XY方向微米級(jí)和Z向納米級(jí)調(diào)節(jié)。目前，只有商品化的用于單物鏡PALM顯微鏡的低溫樣品臺(tái)和常溫樣品臺(tái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0004]本發(fā)明要解決的問(wèn)題在于將載有生物樣品的銅網(wǎng)置于雙物鏡間的間隙并使其溫度保持在-150°C以下，同時(shí)可以對(duì)樣品位置進(jìn)行XY方向微米級(jí)和Z向納米基調(diào)節(jié)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用液氮冷卻銅冷芯及其上面的生物樣品，采用真空環(huán)境及絕熱材料阻斷外界熱量的傳入進(jìn)行控溫，將冷卻部件和生物樣品固定部件安裝在壓電陶瓷精密XYZ位移臺(tái)上，并將其中一個(gè)物鏡通過(guò)納米精度Z向可調(diào)基座安裝到物鏡支架上。為解決伸入真空室內(nèi)部的液氮管需要隨位移臺(tái)一起做XYZ運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，采用冷卻銅管兩端焊接不銹鋼波紋管技術(shù)。生物樣品的加載和轉(zhuǎn)移使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的樣品桿，保證樣品處于低溫狀態(tài)。此夕卜，為了便于調(diào)節(jié)兩個(gè)顯微物鏡的同軸度，采用高精度絲桿校準(zhǔn)物鏡支架的裝配。
【附圖說(shuō)明】
:
[0005]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0006]圖1是三維自動(dòng)超低溫樣品臺(tái)縱向剖面圖。
[0007]圖2是樣品桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖3是液氮管結(jié)構(gòu)軸向剖面示意圖。
[0009]圖4是冷芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖5是顯微物鏡安裝校準(zhǔn)支架縱向剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0011]附圖1所示三維自動(dòng)超低溫樣品臺(tái)包括調(diào)平地腳1、真空盒2、支架3、定位套4、Z位移臺(tái)5、隔熱墊片6、真空盒蓋7、調(diào)節(jié)絲桿8、懸臂9、掛架10、光學(xué)窗口 11、物鏡12、Z向可調(diào)基座13、隔熱墊片14、掛架15、樣品桿16、密封塞17、定位套18、物鏡19、XY位移臺(tái)20、隔熱腿21、地腳螺栓22、真空嘴23、物鏡基座24、光學(xué)窗口 25、液氮管26、冷芯27、隔熱腿28組成。
[0012]調(diào)平地腳I由金屬或非金屬制成，三只分別安裝在樣品臺(tái)底面三個(gè)角位置，通過(guò)螺紋配合調(diào)節(jié)旋進(jìn)長(zhǎng)度，用于支撐和調(diào)平樣品臺(tái)。
[0013]真空盒2由金屬制成，為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部底面為安裝平面，支架3、隔熱腿21和隔熱腿28均安裝在此平面，平面上安裝螺孔皆為盲孔。安裝平面有一通孔借助光學(xué)窗口 25允許光線(xiàn)出入。真空盒2頂部為法蘭，法蘭上有螺栓緊固孔，法蘭上表面開(kāi)有安裝真空密封圈的溝槽。真空盒2四個(gè)側(cè)面分別開(kāi)有液氮管26的進(jìn)出孔、樣品桿16進(jìn)出孔和電線(xiàn)穿壁孔，其中樣品桿16進(jìn)出孔為外大內(nèi)小的錐形孔。在真空盒2的底部或側(cè)面有一真空嘴23的安裝通孔。
[0014]支架3由金屬制成，L形結(jié)構(gòu),與調(diào)節(jié)絲桿8、懸臂9和物鏡基座24溝通構(gòu)成物鏡安裝校準(zhǔn)支架。
[0015]定位套4由金屬或非金屬制成,通過(guò)長(zhǎng)度確定XY位移臺(tái)20與Z位移臺(tái)5之間距離。
[0016]Z位移臺(tái)5為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)位移臺(tái)，中間方孔尺寸不小于70毫米，最大行程不小于150微米，分辨率優(yōu)于5納米，重復(fù)定位精度優(yōu)于I納米，承受載荷不小于100牛頓，通過(guò)螺釘安裝在XY位移臺(tái)20上面。
[0017]隔熱墊片6由低導(dǎo)熱系數(shù)非金屬材料制成，用于減少外界熱量通過(guò)Z位移臺(tái)5和掛架10傳向冷芯27。優(yōu)選地，采用酚醛泡沫或泡沫玻璃或泡沫陶瓷制造。
[0018]真空盒蓋7由金屬或非金屬制成，周邊靠近邊緣加工有通孔用于通過(guò)螺栓裝配到真空盒2上，中間位置通孔與光學(xué)窗口 11配合允許光線(xiàn)出入。
[0019]調(diào)節(jié)絲桿8由銅合金制成，用于調(diào)節(jié)懸臂9相對(duì)于支架3的位置，進(jìn)而通過(guò)Z向可調(diào)基座13調(diào)節(jié)物鏡12與物鏡19之間的間隙。
[0020]懸臂9由金屬或非金屬制成，L形結(jié)構(gòu)，用于安裝Z向可調(diào)基座13的螺孔規(guī)格為Μ25Χ0.75。
[0021]掛架10由金屬或非金屬制成，截面為L(zhǎng)形，兩面分別通過(guò)螺釘與Z位移臺(tái)5和冷芯27裝配。
[0022]光學(xué)窗口 11由高透光度光學(xué)玻璃制成，厚度不小于3毫米，表面鍍有增透膜和保護(hù)膜。
[0023]物鏡12為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口(Μ4/5 " X 1/36 " ) 100 X物鏡，工作距離3-4毫米。
[0024]Z向可調(diào)基座13為壓電陶瓷位移臺(tái)，與懸臂9裝配外螺紋為Μ25 X 0.75，與物鏡12裝配內(nèi)螺紋為M4/5" X 1/36"，行程不小于250微米，分辨率優(yōu)于3納米，運(yùn)動(dòng)方向拉力載荷不小于20牛頓。
[0025]隔熱墊片14由低導(dǎo)熱系數(shù)非金屬材料制成，用于減少外界熱量通過(guò)Z位移臺(tái)5和掛架15傳向冷芯27。優(yōu)選地，采用酚醛泡沫或泡沫玻璃或泡沫陶瓷制造。
[0026]掛架15由金屬或非金屬制成，截面為L(zhǎng)形，兩面分別通過(guò)螺釘與Z位移臺(tái)5和冷芯27裝配。
[0027]樣品桿16由導(dǎo)熱性好的純金屬或合金制成，優(yōu)選地，采用純銅或銅合金。樣品桿16的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如附圖2所示:右端為圓柱形，端面有螺釘安裝孔；中間段為半圓柱形，兩個(gè)通孔相距10-20毫米，直徑3-5毫米，用于鑷子夾持；左端為厚2-4毫米平板狀，平板中間為寬度2.5毫米通孔，通孔上沿有深和寬均約0.5毫米的臺(tái)階。U形彈簧片30通過(guò)螺絲或柱銷(xiāo)固定在樣品桿16上，用于壓住電子顯微鏡樣品銅網(wǎng)29。
[0028]密封塞17由具有較大彈性變形量的非金屬材料制成，優(yōu)選地，采用硅橡膠或聚四氟乙烯。
[0029]定位套18與定位套4結(jié)構(gòu)尺寸相同，由金屬或非金屬制成，通過(guò)長(zhǎng)度確定XY位移臺(tái)20與Z位移臺(tái)5之間距離。
[0030]物鏡19與物鏡12型號(hào)相同，接口 M4/5" X 1/36"，100X，工作距離3-4毫米。
[0031]XY位移臺(tái)20由壓電陶瓷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，中間方孔不小于70毫米，行程不小于20毫米，分辨率優(yōu)于0.5微米，承載力不小于50牛頓。XY位移臺(tái)20通過(guò)隔熱腿21安裝在真空盒2的內(nèi)側(cè)底面上。
[0032]隔熱腿21由低導(dǎo)熱和耐低溫非金屬材料