[发明专利]一种基于荧光耦合出射的光镊纵向定位反馈装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于荧光耦合出射的光镊纵向定位反馈装置及方法，装置包括：分光镜、物镜、成像透镜、成像传感器、浸没溶液、荧光样品、多层载物玻片、收集透镜、信号采集传感器、前置透镜和位移控制装置。方法如下：制备具有模式耦合出射功能的多层载物玻片；用于捕获样品的激光被扩束后经分光镜和物镜反射聚焦到浸没溶液中的荧光样品；荧光样品所发出的光经过多层载物玻片以不同角度向下出射；被收集透镜聚焦于信号采集传感器后计算其不同角度区域之间的出射光强比；根据其比值计算出荧光样品的纵向位置并为装置提供位置判据，进而通过位移控制装置控制前置透镜的位置。本发明解决了传统光镊系统中荧光样品纵向定位准确率低的技术问题。

技术领域

本发明涉及成像及光镊操作技术领域，特别涉及一种基于荧光耦合出射的光镊纵向定位反馈装置及方法。

背景技术

光镊一般是利用紧聚焦激光中的光压形成散射力和梯度力，并对微小粒子和细胞进行捕获和操纵的一种技术。其非接触、无损伤等特性在生物医学、显微成像中都有着巨大应用潜力，极大地促进了多学科、跨学科的发展。作为一种远场方法，通过先进的加工手段和精密的机械控制，其能够在纳米精度对光束进行设计、操纵以及微调，但被捕获的纳米颗粒的定位依旧具有不准确性，其只能提供一个有效的控制手段却难以反映出光束作用于颗粒后纳米粒子的具体位置。而且由于样品的复杂多样性，所设计的光束在经过各类散射之后也会产生一定的误差。也正因为如此，被用在光物理、生物医学中的光镊技术往往不能及时地得到捕获效果的反馈，使得微操纵技术在现实使用中一直难以获得更广泛的应用。解决此类问题的常规手段往往需要花更多时间和使用复杂的设备去提高成像分辨率，利用超分辨成像技术来进一步对样品进行定位。但如何高效的将样品快速定位并动态调节光束一直是待解决的问题。

针对光镊中光束的动态调控，一般的实现方法大多都是利用高灵敏度的定位平台并匹配现有的商用显微镜。其基于光镊的原理，将聚焦激光束对粒子施加的力分为两部分，沿光束传播方向的轴向光力一般控制纳米颗粒于基底附近；而垂直光束轴线方向的径向光力一般具有高斯分布的强度且是吸引力，它将微小粒子引向光轴，并将其约束在光轴中心附近。即光学力的径向分量可以有效地将微小颗粒限制在一个二维区域中，因此通过调节激光束的强度可以很好的控制微小颗粒在二维区域的位置。即使其半峰全宽无法突破衍射极限，但其调制深度与光束总功率成正比，所以通过调整光束功率可以提高所需的横向定位精度，理论上可以降低到几纳米。但是其只能在面内控制调节，无法实现纵向的高分辨信息反馈。同时所需平台设施价格昂贵，不易扩展，限制了实验室阶段的样品测试。而如今利用计算机图像分析识别技术对模糊样品进行追迹复原。其也只能根据现有成像来优化，并不能真正完整有效的实现纵向位置的有效定位。因而常规的方法目前都存在着一定的局限性，不利于本领域技术人员更好地将光镊技术运用于生物、医疗和实验应用中。

发明内容

本发明提出一种基于荧光耦合出射的光镊纵向定位反馈装置及方法以解决传统光镊技术中动态调控光束时样品纵向位置定位精度不高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于荧光耦合出射的光镊纵向定位反馈装置，包括分光镜、物镜、成像透镜、成像传感器、浸没溶液、多层载物片、收集透镜、信号采集传感器、前置透镜和位移控制装置，所述成像传感器、成像透镜、分光镜、物镜、多层载物片、收集透镜和信号采集传感器由上至下沿光轴依次设置，所述浸没溶液位于多层载物片上方，荧光样品悬浮于所述浸没溶液，前置透镜设于分光镜一侧，且前置透镜与所述位移控制装置连接，所述位移控制装置能够调节前置透镜的位置，用于捕获荧光样品的激光经前置透镜扩束后经分光镜反射再经物镜聚焦到多层载物片上方并捕获浸没溶液中的荧光样品，荧光样品所发出的光经过多层载物片以不同角度向下出射。

进一步地，所述位移控制装置与采集传感器相连，位移控制装置根据信号采集传感器所收到的信号改变前置透镜的位置。

进一步地，所述多层载物片包括自上而下设置的聚合物层、金属层和介质层。