[发明专利]一种提高单分子光学成像对比度的装置及方法

说明书

本发明涉及一种提高单分子光学成像对比度的装置及方法,它属于光学技术领域。本发明主要解决现有单分子荧光起伏以及环境因素导致的单分子荧光成像信号噪声比受限制的技术问题。本发明的技术方案是：一种提高单分子光学成像对比度的装置，其包括激光脉冲延迟和相位调制部分、信号分析和控制部分、单分子激发及荧光探测部分；所述激光脉冲延迟和相位调制部分包括亚皮秒脉冲激光器、λ/2波片、50/50分束器、直角反射镜I、直角反射镜II、电光调制器、信号发生器、高压放大器和λ/4波片。与现有技术相比，本发明具有操作简单、工作效率高等优点。

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种提高单分子光学成像对比度的装置及方法。

技术背景

单分子荧光成像已经成为物理、化学、材料科学、生命科学以及诸多交叉学科中一个重要的研究手段。基于单分子荧光成像发展起来的超分辨成像技术已经广泛应用于亚细胞水平生命过程的直接观测。由于单分子探测消除了系综平均效应，可以反映局部组织和分子尺度动力学变化，逐渐成为研究复杂系统不均匀性的有力工具。

单分子荧光成像主要依赖于对单分子荧光光子计数的手段。然而，由于单分子荧光起伏以及环境因素导致的单分子荧光中断和低荧光量子产率，限制了单分子荧光成像信号噪声比，导致单分子光学成像对比度低，难以满足高清晰度单分子荧光成像的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光子计数技术的缺点，提供一种提高单分子光学成像对比度的装置及方法，利用相对延时和相位可控的超快激光脉冲对与单分子相互作用的量子相干效应，解决现有单分子荧光起伏以及环境因素导致的单分子荧光成像信号噪声比受限制的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高单分子光学成像对比度的装置，其包括激光脉冲延迟和相位调制部分、信号分析和控制部分、单分子激发及荧光探测部分；

所述激光脉冲延迟和相位调制部分包括亚皮秒脉冲激光器、λ/2波片、50/50分束器、直角反射镜I、直角反射镜II、电光调制器、信号发生器、高压放大器和λ/4波片；

所述λ/2波片、50/50分束器、直角反射镜I依次设在亚皮秒激光器水平线偏振光输出方向，所述直角反射镜II设在50/50分束器反射光方向且直角反射镜II可沿光束传播方向移动，所述λ/4波片设在直角反射镜II和50/50分束器之间，所述电光调制器设在直角反射镜I和50/50分束器之间，所述高压放大器和信号发生器设在电光调制器一侧，高压放大器的信号输出端与电光调制器的信号输入端连接，高压放大器的信号输入端与信号发生器的输出端连接，所述信号发生器提供调制信号，用于控制高压放大器输出高压信号加载到电光调制器，所述高压放大器监控信号输出端与数据采集卡输入端连接；

所述单分子激发及荧光探测部分包括：二向色镜、物镜、三维纳米位移台、单分子样品、针孔、透镜I、透镜II和单光子探测器；所述二向色镜设在50/50分束器处合束后的激光传输方向上且起分光作用，物镜设在二向色镜的反射光路上，单分子样品固定在物镜上方的三维纳米位移台上；透镜I、透镜II和单光子探测器设在二向色镜的透射光路上，针孔设在透镜I和透镜II之间，所述单光子探测器的信号输出端分别与数据采集卡和时间相关单光子计数器的信号输入端连接；

所述信号分析和控制部分包括：数据采集卡、时间相关单光子计数器和计算机系统；所述数据采集卡的信号输出端与三维纳米位移台的信号输入端连接，三维纳米位移台反馈信号输出端与数据采集卡的反馈信号输入端连接，数据采集卡用于控制三维纳米位移台在x-y平面扫描，同时接收三维纳米位移台的反馈信号；所述数据采集卡和时间相关单光子计数器通过通用串行总线与计算机系统连接，所述计算机系统通过软件实现信号分析和控制。

利用一种提高单分子光学成像对比度的装置提高成像对比度的方法，包括以下步骤：