CN106908428A - 一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜及其样品级联平台。所述共聚焦显微镜不仅可以完成普通共聚焦显微镜的所有功能，同时还可实现电化学成像研究。所述样品级联平台包括：级联平台本体；三维位移台，其对待测样品位置进行纳米级高精度三维调节；载物台，其与三维位移台连接，用于放置实验待测样品；样品夹，其设置于所述载物台上以用于夹持待测样品。

Description

一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜

技术领域

本申请涉及一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜。

背景技术

共聚焦显微镜是二十世纪发展起来的一项具有划时代意义的显微镜，与普通光学显微镜相比，成像分辨率得到了大大的提高，近年来，共聚焦显微镜因为其较高的分辨率成为了客户的首选。

然而，现有的共聚焦显微镜不能满足当前的需求，功能较为单一，需要开发出具有多功能的共聚焦显微镜以满足市场需求。

发明内容

根据现有技术的缺陷，本申请开发出一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜以及符合其特定需求的样品级联平台。

具体地，本申请之一提供了一种用于具有电化学成像功能的共聚焦显微镜的样品级联平台，所述样品级联平台包括：级联平台本体；三维位移台，其被设置于所述级联平台本体上，对待测样品位置进行三维调节；载物台，其与三维位移台连接，用于放置所述待测样品；样品夹，其设置于所述载物台上以用于夹持待测样品。

优选地，所述三维位移台可以为三维高精密位移台，用来对待测样品的位置进行纳米级三维调节，因此，实现了可以对待测样品进行粗调的同时，还可以进行高精度调节。

在一个具体实施方式中，所述级联平台本体包括级联平台面板和用于支撑所述级联平台面板的支撑元件。该支撑元件具有高度的稳定性和高度的硬度，对所述级联平台面板具有支撑和防震作用。

在一个具体实施方式中，所述样品级联平台还可配置多套样品夹，并且可根据待测样品选择合适的尺寸、形状、硬度的样品夹。

本申请之二提供了一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜，所述共聚焦显微镜包括共聚焦显微模块、电化学成像模块，以及如本申请之一所述的样品级联平台；所述样品级联平台向上连接电化学成像模块，向下连接共聚焦显微模块。

所述样品级联平台具有高度集成、可无缝对接共聚焦显微模块和电化学成像模块的特点。所述该共聚焦显微镜不仅可以对待测样品进行三维观察，还可以进行电化学成像研究。

在一个具体实施方式中，所述共聚焦显微模块包括激光器模块、二向色镜、扫描振镜、扫描透镜、第一反射镜、会聚镜、物镜、第二反射镜、聚焦镜、光阑和光电倍增管。

其中，激光器模块用于发射激光。

当所述激光器模块包括多个激光器时，所述共聚焦显微模块还包括光束集成器，光束集成器用于将多束激光合成同轴激光。

优选地，所述光束集成器中镜片的数量根据所述激光器的发射的激光所需走的路径确定。

进一步优选地，各个激光光束可按要求利用扩束镜分别扩束成理想大小光斑后输出。

二向色镜用于反射激光器发射的激光或经所述光束集成器同轴后的激光(即所述同轴激光)，和/或透射待测样品发射出的荧光。根据实际需求，该二向色镜可以为现有技术中的二向色镜，也可以自主设计。例如根据二向色镜反射的激光波长、透射的荧光波长、反射激光反射率、透射荧光透射率、镜片平整度等参数自主设计膜层并镀膜。本申请自主设计的二向色镜具有良好的平整度，有效防止经由二向色镜的光束发生变形。

扫描振镜用于改变经所述二向色镜反射的所述激光的方向，进而扫描待测样品的目标区域。

进一步优选地，扫描速度快，可高精密定位样品目标区域。

扫描透镜用于校正所述扫描振镜在改变光束传播方向后导致的畸变，和/或光束无法沿光轴传播所引入的像差。

第一反射镜用于反射通过所述扫描透镜的激光。

会聚镜用于会聚经所述第一反射镜反射的激光。

第二反射镜用于反射待测样品发射出的荧光。

聚焦镜用于将经由第二反射镜的荧光聚焦在光电倍增管上。

光阑用于与所述待测样品的焦面共轭，滤除杂散光，提高成像分辨率；进一步优选地，光阑大小可通过电动调节。

光电倍增管用于将接收到的荧光信号转化成电信号，并将电信号处理以及算法拟合后形成的图像输出。

在一个具体实施方式中，所述激光器模块包含至少一个激光器。

优选地，所述激光器选自气体激光器、固体激光器和半导体激光器中的至少一种。激光光束可以是空间光也可以是光纤输出。

在一个具体实施方式中，所述电化学成像模块包括电解池、夹持器、带有探针的电极杆和三维定位装置。

其中，电解池用于盛放待测样品所需溶液。带有探针的电极杆用于扫描待测样品。其中，探针可根据使用情况随时更换。夹持器用于固定带有探针的电极杆。三维定位装置用于纳米级定位带有探针的电极杆，从而可以带动探针三维移动，其具有响应速度快，移动精度高，扫描范围大的特点，完成探针对待测样品的扫描以及精确三维定位。

在一个具体实施方式中，所述电解池含有密封圈，以避免所述电解池漏液，进而避免影响实验效果。

在一个具体实施方式中，所述三维定位装置为闭环控制方式。通过该种方式能够对样品进行精度为纳米级的定位。

本申请的具有电化学成像功能的共聚焦显微镜，不仅可以完成普通共聚焦显微镜的所有功能，同时还可实现电化学成像研究，打破了长期以来共聚焦显微镜无法扩展其他功能模块的局限。其主要应用于电化学、材料学、生物学等相关领域的研究工作，为交叉学科研究提供了强有力的工具。

附图说明

图1显示了一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜。

图2显示了实施例1的具有电化学成像功能的共聚焦显微镜的成像流程图。

图3显示了样品级联平台的三维结构图。

图4显示了另一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜。

图5显示了实施例2的具有电化学成像功能的共聚焦显微镜的成像流程图。

部件和附图标记列表：

10，激光器模块；12，光束集成器；14，二向色镜；16，扫描振镜；18，扫描透镜；110，第一反射镜；112，会聚镜；114，物镜；116，第二反射镜；118，聚焦镜；120，光阑；122，光电倍增管；20，样品级联平台；22，样品仓；24，样品；30，电解池；32，夹持器；34，带有探针的电极杆；36，三维定位装置；40，光源；42，光开关；44，滤光片组；46，二向色镜；48，快速共聚焦转盘；410，物镜；412，会聚镜；414，相机；3-1，级联平台面板；3-2，三维位移台；3-3，载物台；3-4，样品夹；3-5，支撑元件。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

其中，本申请述及的“上”和“下”均以实物为基准。

实施例1

如图1所示，示出了本申请的一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜，其包括共聚焦显微模块、样品级联平台、电化学成像模块。

具体而言，共聚焦显微模块包括：激光器模块10、光束集成器12、二向色镜14、扫描振镜16、扫描透镜18、第一反射镜110、会聚镜112、物镜114、第二反射镜116、聚焦镜118、光阑120、光电倍增管122。激光器模块10发出的多色激光经过光束集成器12合束后输出，激光束经由二向色镜14反射至扫描振镜16，扫描振镜16会根据实验需求对待测样品进行精确扫描，由于光束通过扫描振镜16后会发生偏转导致偏离主光轴，故需要扫描透镜18的负像差校正光束使光束仍沿主光轴传播，校正后的光束依次通过第一反射镜110、会聚镜112和物镜114后打到样品目标区域焦面上。当激光束打在样品上时，会使样品受激发而发射出荧光，荧光依次通过物镜114、会聚镜112、第一反射镜110、扫描透镜18、扫描振镜16、二向色镜14、第二反射镜116、聚焦镜118、光阑120后进入光电倍增管122成像。

样品级联平台20包括：级联平台面板3-1；三维位移台3-2；载物台3-3、样品夹3-4和支撑元件3-5。样品级联平台20向上连接电化学成像模块，向下连接共聚焦显微模块，自主开发具有高度兼容性。

样品仓22用于将样品与外界隔离开，使样品免受污染。

电化学成像模块包括：电解池30、夹持器32、带有探针的电极杆34、三维定位装置36。电解池30用于盛放待测样品所需的溶液；夹持器32用于固定带有探针的电极杆34；三维定位装置36用于实现探针对样品扫描和精确定位，采用压电驱动其三维移动，其压电路线记录功能既提高了位移分辨率又可完成实验的重现。

如图2所示为该实施例具有电化学成像功能的共聚焦显微镜的成像流程图。多个激光器输出的激光通过光束集成器同轴后，先后通过扫描振镜、扫描透镜以及物镜，最终会聚在样品级联平台中的样品上，样品受激发出的荧光先后通过物镜、扫描透镜、扫描振镜以及光阑，最终成像在光电倍增管处，实现对样品的观察。三维定位装置带动探针扫描待测样品，可对待测样品做电化学成像研究。

如图3所示为样品级联平台的详细构造。具体来讲，样品级联平台包括级联平台本体(所述级联平台本体包括级联平台面板3-1和支撑元件3-5)；载物台3-3通过三维位移台3-2固定于所述级联平台面板3-1上，载物台上设有载物台孔；样品夹3-4设置于载物台3-3上，以用于夹持待测样品。另外，还包括级联平台面板上还包括至少一个开口，用于防止物镜碰触到级联平台面板3-1。

实施例2

下面将结合图4说明本申请另一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜。在本实施中，与实施例1中相同的部件被赋予相同的附图标记，在此不做赘述，仅说明实施例2与实施例1的不同之处。

具体而言，共聚焦显微模块包括：光源40、光开关42、滤光片组44、二向色镜46、快速共聚焦转盘48、物镜410、会聚镜412、相机414。在光开关42打开时，光源40发出的宽波段光束通过滤光片组44滤光后获得理想波长光束，光束通过二向色镜46后进入快速共聚焦转盘48，最终通过物镜410成像在样品目标区域，样品被光束激发后发射出荧光，再经由快速共聚焦转盘48、二向色镜46、会聚镜412、滤光片组44后成像在相机414上，滤光片组44用于滤掉杂光，只让荧光进入相机414，减少杂散光提供信噪比。光开关42根据实验要求打开或者关闭，进而使光束进入光路系统或者被阻挡。

如图5所示为该实施例的具有电化学成像功能的共聚焦显微镜的成像流程图。光源通过光开关后获得理想波长光束，通过滤光片组滤掉杂光后，进入快速共聚焦转盘以及物镜，最终会聚在级联平台的样品仓中的样品上，样品受激发出的荧光先后通过物镜、快速共聚焦转盘、会聚镜以及滤光片组，最终成像在相机处，实现对样品的观察。三维定位装置带动探针扫描样品的目标区域，可对样品做电化学成像研究。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (8)

1.一种用于具有电化学成像功能的共聚焦显微镜的样品级联平台，其特征在于，所述样品级联平台包括：

级联平台本体；

三维位移台，其被设置于所述级联平台本体上，用于对待测样品位置进行三维调节；

载物台，其与三维位移台连接，用于放置所述待测样品；

样品夹，其设置于所述载物台上以用于夹持待测样品。

2.根据权利要求1所述的样品级联平台，其特征在于，所述级联平台本体包括级联平台面板和用于支撑所述级联平台面板的支撑元件。

3.一种具有电化学成像功能的共聚焦显微镜，其特征在于，所述共聚焦显微镜包括共聚焦显微模块、电化学成像模块，以及如权利要求1或2所述的样品级联平台；

所述样品级联平台向上连接电化学成像模块，向下连接共聚焦显微模块。

4.根据权利要求3所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述共聚焦显微模块包括

激光器模块，用于发射激光；

当所述激光器模块包括多个激光器时，所述共聚焦显微模块还包括光束集成器，所述光束集成器用于将所述激光器模块发射的多束激光合成同轴激光；

二向色镜，用于反射激光器发射的激光或经所述光束集成器同轴后的激光，和/或透射待测样品发出的荧光；

扫描振镜，用于改变经所述二向色镜反射的所述激光的方向，进而扫描待测样品的目标区域；

扫描透镜，用于校正所述扫描振镜在改变光束传播方向后导致的畸变，和/或光束无法沿光轴传播所引入的像差；

第一反射镜，用于反射通过所述扫描透镜的激光；

会聚镜，用于会聚经所述第一反射镜反射的激光；

第二反射镜，用于反射待测样品发射出的荧光；

聚焦镜，用于将经由第二反射镜的荧光聚焦在光电倍增管上；

光阑，用于与所述待测样品的焦面共轭，滤除杂散光；

光电倍增管，用于将接收到的荧光信号转化成电信号，并将电信号处理以及算法拟合后形成的图像输出。

5.根据权利要求4所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述激光器模块包含至少一个激光器；

所述激光器选自气体激光器、固体激光器和半导体激光器中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述电化学成像模块包括

电解池，用于盛放待测样品所需溶液；

带有探针的电极杆，用于扫描待测样品；

夹持器，用于固定带有探针的电极杆；

三维定位装置，用于纳米级定位带有探针的电极杆。

7.根据权利要求6所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述电解池含有密封圈，以避免所述电解池漏液。

8.根据权利要求6所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述三维定位装置为闭环控制方式。