[发明专利]一种定向发射荧光成像检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种荧光成像检测装置，尤其是涉及一种棱镜型表面等离子体耦合定向发射荧光成像检测装置。

背景技术

由于荧光分析技术在免疫分析、基因表达、药物筛选、生物传感、细胞成像等生命科学领域的应用日益增加，因此新型荧光技术及仪器的研究具有重大的意义和广阔的发展前景。表面等离子体耦合定向发射荧光法(Surface Plasmon Coupled Directional Emission，SPCDE)是近来所提出的新型荧光分析方法，其原理为：在光滑的纳米金属表面200nm范围内，激发态的荧光团与纳米金属表面自由电子产生的表面等离子体子耦合作用后，以荧光发射波长对应的SPCDE角(即θ_SPCDE)进入棱镜基体辐射。作为一种新型荧光技术，SPCDE除具有提高荧光强度、量子产率和光稳定性等金属表面荧光所具备的优点外，还展现出高度的角度定向发射、荧光发射P偏振、波长可分辨性以及有效的背景信号抑制等独特的优点。

根据激发方式的不同，SPCDE可分为Kretschmann模式(KR模式，如图1所示)与反Kretschmann模式(RK模式，如图2所示)。在KR模式中，激发光源1通过棱镜2以表面等离子体共振角θ_SPR入射到金属膜3表面，引发表面等离子体，产生瞬逝场，从而激发瞬逝场深度内(约金属表面几百纳米左右)的荧光团样品膜4，激发态的荧光团与金属表面的等离子体发生近场作用后，以一定的角度定向辐射。而在RK模式中，激发光源1直接照射到荧光团样品膜4，激发表面的荧光团。近表面的激发态荧光分子和金属3表面的等离子体发生近场作用，从而通过棱镜2定向辐射。其中，以物镜替换棱镜，也可实现上述两种模式的SPCDE检测。近来，有相关文献报道物镜型SPCDE成像技术研究。该类工作是在商品化或自制的全内反射显微镜装置上，通过蒸镀或溅射金属层的载玻片实现。上述基于物镜型的SPCDE成像系统，主要有以下不足之处：1、装置价格昂贵或结构复杂。商品化的全内反射显微镜价格极其昂贵，在自制的装置中，需要使用高数值孔径的物镜或者是代替物镜的抛物面状元件，其中，高数值孔径的物镜价格不菲，而代替物镜的抛物面状元件采用注塑法制备，模具设计与加工困难且精密度要求高，并且不同发射波长的染料对应不同形状结构的模具，制备及操作上相当复杂。2、基于物镜型的成像系统，通过物镜收集发射信号，所得到的光斑面积小，只能对待检测样品的较小区域成像，无法对感兴趣区域实现快速定位。3、物镜型成像系统基本采用KR模式，由于瞬逝场激发作用的参与增强了激发荧光团的能量，强激发容易造成荧光团漂白或样品的损伤。此外，采用KR模式时，只有以表面等离子体共振角入射的激发光才能引发表面等离子体产生瞬逝场，因此需调整入射光的角度；同时，激发光及其反射光与发射光的角度差较小，需要采用高性能的滤光片去除激发光或其反射光的干扰。因此基于物镜型的SPCDE成像装置在普通实验室中较难以实现和推广，限制了该成像技术的推广与应用。

中国专利CN101949847A公开一种无透镜荧光成像检测装置，由左右激发光源、加热板、微芯片、滤光片、CCD芯片和其外围驱动电路组成。无透镜荧光成像检测装置充分利用CCD芯片象素小、集成度高的特点，通过减少CCD芯片与反应物质的距离，建立了微芯片中检测单元与CCD芯片各象素的对应关系，不经透镜即可直接成像，大大减少了检测装置的体积和复杂程度。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有的检测装置的不足，提供一种结构简单、成本低廉、操作简便、常规实验室容易实现的定向发射荧光成像检测装置。

本发明设有激光扩束系统、样品系统和检测系统；

所述激光扩束系统设有激光光源、显微物镜、针孔、平凸透镜、衰减器和矩形光栏；所述激光光源发出的激发光依次经显微物镜、针孔和平凸透镜扩束准直后，成为平行光束，所述平行光束依次通过衰减器和矩形光栏，得到矩形光斑；

所述样品系统设有旋转台、样品架、棱镜和光学石英基底，所述棱镜置于样品架上并固定在旋转台中心，所述光学石英基底表面设有纳米级金属薄膜，所述纳米级金属薄膜表面设有荧光传感膜；所述光学石英基底与棱镜之间涂有光学常数与两者匹配的溶液；

所述检测系统设有CCD旋转臂、CCD接收器和滤光片，所述CCD旋转臂固定在旋转台台面，CCD旋转臂可随旋转台台面360度自由旋转，CCD旋转臂连接在旋转台台面，用于采集图像的CCD接收器和滤光片设在CCD旋转臂上。