[发明专利]一种荧光分子定向定位方法和装置

说明书

本发明公开了一种荧光分子定向定位方法和装置，属于超分辨技术领域，包括：步骤1)，发射两束激光光束，并调节两束激光光束，使两束光在空间上光斑中心重合，在时间上脉冲起始位置重合；步骤2)，将经步骤(1)处理的两束激光光束合为一束光；步骤3)，将合束后的光束投射到样品上并对样品进行扫描，扫描时使两束光在样品上均汇聚成空心光斑；步骤4)，通过探测器阵列接收样品在扫描时发出的信号光，并通过接收到的信号光获取相应扫描位置处的图像，同时获取荧光分子的位置信息；步骤5)，通过偏振探测器阵列接收样品发出信号光的偏振信息，获取荧光分子的偶极子取向信息。

技术领域

本发明涉及超分辨技术领域，具体地说，涉及一种荧光分子定向定位方法和装置。

背景技术

早在1926年，荧光的偏振特性(Fluorescence Polarization)就已被发现。进一步的研究显示，这种偏振特性由偶极子取向引起，并与被标记的蛋白的空间方向密切相关，进而可以用于研究活细胞中靶蛋白的结构及其动力学变化。

利用荧光偏振原理，采用竞争结合法机制，常用来监测小分子物质如药物、激素在样本中的含量。以药物检测为例，以荧光素标记的药物和含待测药物的样本为抗原，与一定量的抗体进行竞争性结合。荧光标记的药物在环境中旋转时，偏振荧光的强度与其受激发时分子转动的速度成反比。大分子物质旋转慢，发出的偏振荧光强；小分子物质旋转快，其偏振荧光弱(去偏振现象)。因此，在竞争性结合过程中，样本中待测药物越多，与抗体结合的标志抗原就越少，抗原抗体复合物体积越大，旋转速率越慢，从而激发的荧光偏振光度也就越少。当我们知道了已知浓度的标记抗原与荧光偏振光性的关系后就可以测量未知浓度的物质。因此，这项技术可用来检测环境或食品样品中有毒物质如农药的残留量。

近几十年来，荧光偏振显微技术迅速演进，已经是一种比较成熟的光学成像技术。并且，它还拥有很强的兼容性，可与各种成像技术(如：宽场荧光显微、共聚焦扫描显微、全内反射荧光显微等)相结合。但是，这些技术都会受到衍射极限的限制，空间分辨率和定位精度都较低，无法达到单分子水平。这严重限制了其在生物医学领域的应用范围。

近年来，一种新型的纳米分辨技术——最小光通量显微术(MINFLUX)，采用的暗斑中心定位具有很强的光敏感性，定位单个荧光分子所需的光子数极低，且空间分辨能力可以达到亚十纳米。但其在进行单分子定位时，首先需要使用类似随机光学重构显微术(STORM：Stochastic Optical Reconstruction Microscopy)的活化方法，再进行四次照明才能得到一个荧光分子的位置，作为一种基于随机激活的分时定位技术，定位速度受到较大的限制。

发明内容

本发明的目的为提供一种荧光分子定向定位方法和装置，利用一束空心斑激发，另一束空心斑荧光淬灭的超衍射暗斑，采用探测器阵列和偏振探测系统，结合后期数学模型处理实现荧光分子的定向定位。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供的荧光分子定向定位方法包括以下步骤：

步骤1)，发射两束激光光束，并调节两束激光光束，使两束光在空间上光斑中心重合，在时间上脉冲起始位置重合；

步骤2)，将经步骤(1)处理的两束激光光束合为一束光；

步骤3)，将合束后的光束投射到样品上并对样品进行扫描，扫描时使两束光在样品上均汇聚成空心光斑；

步骤4)，通过探测器阵列接收样品在扫描时发出的信号光，并通过接收到的信号光获取相应扫描位置处的图像，同时获取荧光分子的位置信息；

步骤5)，通过偏振探测器阵列接收样品发出信号光的偏振信息，获取荧光分子的偶极子取向信息。