[发明专利]一种基于干涉测量的单分子轴向定位装置及其工作方法

说明书

本发明提供了一种基于干涉测量的单分子轴向定位装置及其工作方法，其中，所述单分子轴向定位装置包括光源系统、照明及调制系统、显微成像系统和信号控制处理系统。本发明的激发光分为两路从相对位置照射样品，在样品处产生轴向干涉同时对样品的荧光分子进行激发。通过照明图案的相位和光源强度快速切换，实现不同相位的图像同时采集，然后对单分子在不同照明图案下的亮度计算其相对于照明条纹的相位，再通过相位对位置进行解析，从而实现更高的轴向定位精度。利用该技术可以实现对单分子的轴向位置测量，相比以往的定位方法具有精度高且不受干涉长度的影响等优点。

技术领域

本发明属于荧光光信号测量技术领域，尤其涉及一种基于干涉测量的单分子轴向定位装置及其工作方法。

背景技术

传统的光学显微镜由于光的衍射现象导致了分辨率极限的存在，一般为侧向200nm左右，轴向500nm左右。而近年来基于单分子定位的超分辨显微成像技术能够突破这种分辨率限制。这种成像技术依赖于对单个分子的荧光光信号的精确定位，而对单分子进行轴向定位的精度直接影响到三维成像的分辨能力。通常的轴向定位方式是在光路中加入柱面镜引入像散，或者进行双层面成像，通过单分子图像的形状判断轴向位置。这种定位方法通常精度远低于XY方向的定位精度，因此导致三维水平的分辨率较低。同时还有一种定位方法，使用两个显微物镜对样品同时成像，并将单分子荧光进行干涉，使用干涉测量的方式进行定位，这种方式能够极大地提高轴向定位精度，但是光路复杂，对稳定性要求很高，而且荧光的干涉距离很短，导致每次更换样品之后干涉的两条光路需要精细调节光程差。因此，解决上述问题对单分子定位和超分辨荧光荧光显微成像具有重要的意义和应用价值。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明公开了一种基于干涉测量的单分子轴向定位装置及其工作方法，通过使用激发光干涉测量的方式进行单分子定位，用于解决现有技术中轴向定位精度低的问题，同时也可以解决使用干涉测量存在的干涉距离过短，光路需要不断调整的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于干涉测量的单分子轴向定位装置，包括：

光源系统，其用于提供激发光；

照明及调制系统，其与所述光源系统光路连接，所述照明及调制系统用于将激光分为两个光路并在样品处汇聚产生干涉图样，同时调制图样的相位；

显微成像系统，其与所述照明及调制系统光路连接，所述显微成像系统用于收集样品产生的光信号并将收集的光信号汇聚到光电传感器的不同区域；

信号控制处理系统；其分别与光源系统、照明及调制系统、显微系成像系统连接，以对光源系统、照明及调制系统、显微系成像系统进行同步有序控制。

作为上述技术方案的进一步描述：所述光源系统包括激光器，在激光器的光路上依次设置有强度调制器和1/2波片，通过激光器发出的激光经过强度调制器控制光强，通过1/2波片控制偏振状态后进入到调制系统中。

作为上述技术方案的进一步描述：所述强度调制器为声光调制器。

作为上述技术方案的进一步描述：所述照明及调制系统包括电光调制器和偏振分光镜，由所述光源系统发出的激光经过所述电光调制器调制光束中两个偏振态之间的相位差，之后经过所述偏振分光镜将两个偏振态分离形成光路a和光路b。

作为上述技术方案的进一步描述：所述光路a上依次设有第一扩束器、第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦透镜和第三反射镜；所述光路b上依次设有第二扩束器和第二聚焦透镜。