CN101957308A - 一种微纳光纤倏逝场照明器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微纳光纤倏逝场照明器，将倏逝场照明器制作在单根光纤上，所述的单根光纤包括普通光纤段、拉锥段和微纳光纤段，普通光纤段为普通的单模光纤，微纳光纤段3直径为100-300nm，微纳光纤段的一端面镀全反射膜，表面镀薄层的金膜。当光传输至微纳光纤镀反射膜端面时被全部反射，端面无出射光；微纳光纤表面镀金膜可以有效的防止周围环境散射颗粒对表面倏逝场分布的影响。此设计与现有倏逝场照明器相比，利用微纳光纤制作照明器，其尺寸更小，易于与其他成像方式结合；通过调节控制微纳光纤的位置、角度和深度可以进行多方位照明；微纳光纤端面无出射光，背景更小，适用于观察微弱信号；选择合适的微纳光纤直径可以得到更大的倏逝场能量。

Description

一种微纳光纤倏逝场照明器

技术领域

本发明属于荧光显微成像技术领域，特别涉及一种微纳光纤倏逝场照明器。

背景技术

光学荧光成像凭借其无损伤性、非接触性及可进行活体检测等优点，在生命科学研究中有着重要的作用。然而传统的光学显微镜存在几个重要问题：1)图像的信噪比不高；2)光源对生物样本的光损伤和光漂白较严重；3)光学衍射极限限制了成像分辨率。全内反射荧光显微术是近年来新兴的一种光学成像技术，其利用全内反射产生的倏逝场激发样品，使样品表面百纳米厚的区域内的荧光团受到激发，而在这个范围外的荧光团不受影响。全内反射荧光显微术具有其他成像方式无法达到的高信噪比，同时对细胞的光损伤和光漂白也小。由于全内反射荧光显微术的荧光激发深度只在百纳米薄层范围内，从而成为研究细胞表面科学如生物化学动力学、单分子动力学的最有前途的光学成像技术。

当前，全内反射荧光显微术的照明方式有三种类型：棱镜式照明，物镜式照明和基于普通光纤的倏逝场照明。棱镜型成像系统的倏逝场是通过入射光经棱镜发生全内反射产生的。棱镜型成像系统的缺点是受到棱镜本身尺寸的限制，导致生物样品和物镜之间的空间较小，不易与其他的成像方式结合。物镜型成像系统是通过入射光经物镜全反射产生的。物镜式成像系统克服了棱镜型成像系统的缺点，但是存在以下缺点：1)大数值孔径的物镜增加了系统的成本；2)只能对贴壁生长的细胞的贴壁面进行成像，而无法观察细胞其他表面。基于普通光纤的倏逝场照明利用的是光纤芯层发生全内反射产生的倏逝场进行照明的。基于普通光纤的倏逝场照明的成像系统将照明光路和成像光路分离开，并且可以对细胞样品的各表面进行照明成像，但是较强的出射光产生了严重的背景光，影响弱荧光信号的探测，并且只有极小部分耦合入光纤中的光功率存在于倏逝场中，导致激发能量较弱。

发明内容

本发明的目的是针对现有的全内反射荧光显微成像技术的不足，基于微纳光纤技术，设计发明了一种适用于荧光显微成像的微纳光纤倏逝场照明器。本发明结构简单，尺寸更小；无出射光，更好的抑制了背景噪声；具有大的倏逝场能量；可以对生物样品的表面实现多方位照明。

本发明的技术方案为：

一种微纳光纤倏逝场照明器，将倏逝场照明器制作在单根光纤上，其特征在于：所述的单根光纤包括普通光纤段4、拉锥段2和微纳光纤段3三段，普通光纤段4为普通的单模光纤，微纳光纤段3直径为100-300nm，普通光纤段用于耦合和传导入射光；拉锥段用于将入射光从普通光纤段耦合入微纳光纤段；微纳光纤段用于产生倏逝场；微纳光纤段的一端面6镀全反射膜，微纳光纤段的表面5镀薄层的金膜；当光传输至微纳光纤段镀反射膜端面时被全部反射，端面无出射光。根据微纳光纤中光传输特点，微纳光纤表面存在很强的倏逝场。微纳光纤表面镀金膜可以有效的防止周围环境散射颗粒对表面倏逝场分布的影响。

与现有倏逝场照明器相比，本发明具有以下特点：1)利用微纳光纤制作照明器，其尺寸更小，易于与其他成像方式结合；2)通过调节控制微纳光纤的位置、角度和深度可以更方便的观察细胞各表面；3)微纳光纤端面无出射光，背景更小，适用于观察微弱信号；4)选择合适的微纳光纤直径可以得到更大的倏逝场能量。

附图说明

图1为一种微纳光纤倏逝场照明器结构示意图。

图2为直径为200nm的微纳光纤纤芯及其表面光强分布示意图。

图3为基于微纳光纤倏逝场照明器的荧光显微成像系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明将倏逝场照明器制作在单根光纤上，所述的单根光纤包括普通光纤段4、拉锥段2和微纳光纤段3三段，普通光纤段4直径d1＝125μm，拉锥段2长度L＝0.5m，微纳光纤段3直径为d2＝200nm，普通光纤段用于耦合和传导入射光；拉锥段用于将入射光从普通光纤耦合入微纳光纤段；微纳光纤段用于产生倏逝场；微纳光纤段的一端面6镀全反射膜，微纳光纤段的表面5镀厚度为50nm的金膜；当光传输至微纳光纤段镀反射膜端面时被全部反射，端面无出射光。

实施例一：微纳光纤倏逝场照明器的制作。

1、利用真空镀膜技术将微纳光纤段的一端面镀全反射膜，如图1所示的端面6镀全反射膜。

2、利用真空镀膜技术将微纳光纤段的表面镀厚度为50nm的金膜，如图1所示的表面5镀50nm厚的金膜。

3、将激发光引入微纳光纤，则在微纳光纤表面产生深度为百纳米左右的倏逝场。如果将微纳光纤表面紧贴样品放置，则倏逝场对样品的垂直照射深度为百纳米左右。只有这个小范围内的荧光分子将被激发，而在这个范围以外的荧光分子则完全不受影响。直径为200nm微纳光纤纤芯及其表面光强分布示意图如图2所示。

实施例二：利用微纳光纤倏逝场照明器实现生物细胞荧光显微成像。

图3为利用微纳光纤倏逝场照明器实现生物细胞荧光显微成像的系统结构示意图。光源使用适当波长的激光器。激光器9发出的光经过透镜10耦合入微纳光纤倏逝场照明器1。微纳光纤倏逝场照明器调节架8和探针7用于控制照明器1的三维位置，以调节微纳光纤倏逝场照明器在样品池11内的位置、深度和角度。

移动显微镜12的载物台将样品移入视野中，然后将微纳光纤倏逝场照明器移入视野内，倏逝场激发样品发出荧光，荧光信号被显微镜物镜收集，利用CCD接收并成像。

Claims (1)

1.一种微纳光纤倏逝场照明器，将倏逝场照明器制作在单根光纤上，其特征在于：所述的单根光纤包括普通光纤段(4)、拉锥段(2)和微纳光纤段(3)三段，普通光纤段(4)为普通的单模光纤，微纳光纤段(3)直径为100-300nm，普通光纤段用于耦合和传导入射光；拉锥段用于将入射光从普通光纤耦合入微纳光纤段；微纳光纤段用于产生倏逝场；微纳光纤段的一端面(6)镀全反射膜，当光传输至微纳光纤镀反射膜端面时被全部反射，端面无出射光；微纳光纤段的表面(5)镀薄层的金膜。

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