CN116027536A - 一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，属于超分辨显微成像的技术领域，包括照明模块、激光发射模块、锁焦光路模块、物镜系统模块、柱面镜模块以及成像模块；激光发射模块包括第一光纤头、第一透镜、第一滤光片、可调光阑、第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦透镜、第三反射镜以及第四反射镜；其中，第一反射镜用于反射经过第一滤光片与可调光阑的平行光束至第二反射镜；第四反射镜用于将光束反射至物镜系统模块，物镜系统模块用于将接收到的光束照射在样品上。激光发射模块的光路布局方式能够多次反射改变光束的传播方向，从而缩小光束的传输体积，进而使超分辨荧光显微镜内部的布局更加紧凑，能够缩小超分辨荧光显微系统的体积。

Description

一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜

技术领域

本申请涉及超分辨显微成像的技术领域，尤其涉及一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜。

背景技术

荧光显微镜凭借良好的分子特异性和非侵入式成像能力，成为观测分析生物细胞所使用的最广泛的技术，其观测的动态范围通常在250nm左右。然而，大部分生物分子和分子复合体结构的尺寸小于100nm，因此想要对分子结构进行观测，通常需要使用超分辨荧光显微镜。

超分辨荧光光谱成像显微镜通常包括激光发射器、双色镜、分光镜、图像控制器和光谱仪，然而为了增加超分辨荧光显微镜的放大倍数，超分辨荧光显微镜的光程通常较长，导致光路组件的尺寸较大，使得超分辨荧光显微系统的体积通常很大，并且外观形状不规则，这不仅会占据大量的科研空间，同时也难于搬运转移。

发明内容

本申请针对现有技术存在的不足，提供一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，能够缩小超分辨荧光显微系统的体积，有效节约科研空间，使超分辨荧光显微镜的使用以及转移过程更加便捷。

本申请解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，包括照明模块、激光发射模块、锁焦光路模块、物镜系统模块、柱面镜模块以及成像模块；

所述激光发射模块包括第一光纤头、第一透镜、第一滤光片、可调光阑、第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦透镜、第三反射镜以及第四反射镜；

其中，所述第一光纤头用于与照明模块相连接，所述第一光纤头的发射口依次设置有相互平行的第一透镜、第一滤光片、可调光阑，所述第一透镜用于将第一光纤头发出的发散光束转化为平行光束；所述第一反射镜用于反射经过第一滤光片与可调光阑的平行光束至第二反射镜；

所述第一聚焦透镜位于所述第二反射镜与所述第三反射镜之间，所述第二反射镜反射的平行光束经过第一聚焦透镜聚焦后，再经过所述第三反射镜反射至第四反射镜；所述第四反射镜用于将光束反射至物镜系统模块，所述物镜系统模块用于将接收到的光束照射在样品上。

通过采用上述技术方案，激光发射模块接收照明模块发射的光束，激光发射模块内的光束经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及第四反射镜的反射后，被反射至物镜系统模块；激光发射模块的光路布局方式能够多次反射改变光束的传播方向，从而在有限的空间内获得了较大的光程，进而使超分辨荧光显微镜内部的布局更加紧凑，能够缩小超分辨荧光显微系统的体积，有效节约科研空间，使超分辨荧光显微镜的使用以及转移过程更加便捷。

进一步地，所述照明模块包括第一光纤耦合器、第一激光器、第五反射镜以及第一二向色镜，所述第一光纤耦合器通过第一光纤与所述第一光纤头相连接，所述第一光纤耦合器用于将激光通过第一光纤传输至第一光纤头；

所述第一激光器设置有多个，每个第一激光器的发射口位置均对应设置有一个第五反射镜，每个第五反射镜一侧均对应设置有一个第一二向色镜，多个第一二向色镜依次设置于所述第一光纤耦合器的接收口位置；

所述第五反射镜用于将第一激光器发射的光束反射至第一二向色镜，所述第一二向色镜用于反射第五反射镜反射的光束至第一光纤耦合器的接收口，远离所述第一光纤耦合器的第一二向色镜反射的光束能穿过靠近所述第一光纤耦合器的第一二向色镜。

进一步地，所述物镜系统模块包括玻片、物镜、第二二向色镜、第六反射镜以及第三二向色镜；

所述玻片设置于所述物镜一端，所述第二二向色镜以及所述第六反射镜依次设置于物镜远离玻片的端部，所述第三二向色镜位于第六反射镜一侧；

所述第二二向色镜用于将第四反射镜反射的光束反射至检测样品上，样品经过光束照射产生荧光光束，荧光光束经过玻片、物镜以及第二二向色镜后，经第六反射镜反射穿过第三二向色镜，入射至柱面镜模块以及成像模块。

进一步地，所述锁焦光路模块与所述物镜系统模块相连接，包括第二激光器、第二光纤耦合器、第二光纤、第二光纤头、第二聚焦透镜、第七反射镜、分束棱镜以及四分之一波片；

所述第二激光器发出的光束通过第二光纤耦合器耦合进入第二光纤，第二光纤用于将光束传输至第二光纤头，第二光纤头发出的光束经过第二聚焦透镜聚焦生成聚焦光束；

所述第七反射镜位于所述第二聚焦透镜一侧，用于反射聚焦光束，所述分束棱镜位于所述第七反射镜一侧，用于反射或透射聚焦光束，所述分束棱镜靠近所述第三二向色镜的一侧设有四分之一波片，所述分束棱镜远离所述第三二向色镜的一侧设有光电二极管；

所述四分之一波片用于透射位于所述分束棱镜以及第三二向色镜之间反射的光束，所述光电二极管用于接收穿过所述四分之一波片以及分束棱镜的光束。

进一步地，所述柱面镜模块包括空位以及第一四通滤光片，所述空位内可拆式连接有后焦面透镜或柱面镜，所述第一四通滤光片位于所述空位靠近成像模块的一侧；当所述后焦面透镜位于空位位置时，所述激光发射模块发射光束，能够观测到物镜的后焦面。

进一步地，所述成像模块包括筒镜、第八反射镜、第四二向色镜、第十二反射镜、第九反射镜、第十三反射镜、第二滤光片、第十反射镜、第十一反射镜、第三滤光片以及相机；

其中，所述筒镜位于第一四通滤光片一侧，所述第四二向色镜、所述第十二反射镜、所述第十三反射镜、所述第二滤光片、所述第三滤光片以及所述相机依次设置于所述筒镜远离第一四通滤光片的一侧；

所述第八反射镜与所述第九反射镜位于所述第十三反射镜的一侧，所述第十反射镜与第十一反射镜位于所述第十三反射镜的另一侧；所述第四二向色镜用于将透过筒镜的光束分解为透射光束和反射光束；

其中，透射光束穿过第四二向色镜后，经第十二反射镜、第十反射镜、第十一反射镜以及第十三反射镜一侧短边面的折射后，穿过所述第三滤光片到达所述相机；

所述反射光束经过第四二向色镜的反射后，经第八反射镜、第九反射镜、所述第十三反射镜的另一侧短边面的折射，穿过所述第二滤光片到达所述相机。

进一步地，所述第八反射镜以及第九反射镜沿所述第二滤光片的长度方向可调节设置，用于调节所述反射光束的光程。

综上所述，与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：

本申请所述的一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，对分子结构进行观测时，激光发射模块接收照明模块发射的光束，激光发射模块内的光束经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及第四反射镜的反射后，被反射至物镜系统模块；激光发射模块的光路布局方式能够多次反射改变光束的传播方向，从而缩小光束的传输体积，进而使超分辨荧光显微镜内部的布局更加紧凑，能够缩小超分辨荧光显微系统的体积，有效节约科研空间，使超分辨荧光显微镜的使用以及转移过程更加便捷。

附图说明

图1为本申请实施例的整体结构示意图；

图2为本申请实施例中第二可调镜架与第一安装板的结构示意图；

图3为本申请实施例中调整盖板与电控接线盒的结构示意图；

图4为本申请实施例中第一光纤头部分与可调光阑部分的结构示意图；

图5为本申请实施例中后焦面透镜部分与第二四通滤光片的结构示意图；

图6为本申请实施例中位移台与粗调节支撑的结构示意图。

附图标记说明：10、第一激光器；9、第一光纤耦合器；8、第五反射镜；4、第一二向色镜；15、第一光纤头；16、第一透镜；17、第一滤光片；18、可调光阑；19、第一反射镜；20、第二反射镜；21、第一聚焦透镜；23、第三反射镜；22、第四反射镜；52、第一光纤；35、玻片；34、物镜；32、第二二向色镜；31、第六反射镜；30、第三二向色镜；14、第二激光器；53、第二光纤；24、第二光纤头；25、第二聚焦透镜；26、第七反射镜；28、分束棱镜；29、四分之一波片；27、光电二极管；38、空位；40、第一四通滤光片；37、后焦面透镜；39、柱面镜；41、筒镜；42、第八反射镜；43、第四二向色镜；44、第十二反射镜；45、第九反射镜；46、第十三反射镜；47、第二滤光片；48、第十反射镜；49、第十一反射镜；50、第三滤光片；51、相机；003、散热安装板；016、第一可调镜架；017、支撑块；010、第二可调镜架；007、第一安装板；001、主安装板；006、耦合器支架；143、主体外壳；145、相机壳体；144、调整盖板；146、电控接线盒；142、样品仓固定件；141、样品仓活动件；103、主二向色镜部分；100、第一光纤头部分；104、可调光阑部分；106、第一聚焦透镜部分；101、激发光底板；58、激发光束；108、主底板；130、相机部分；120、上安装板；123、底板；118、第二光纤头部分；119、第二聚焦透镜部分；117、反射镜部分；111、主反射镜部分；122、分束棱镜部分；121、光电二极管QPD部分；124、套筒透镜部分；125、二向色镜部分；126、二反射镜部分；127、第三反射镜部分；114、第四反射镜部分；116、第五反射镜部分；115、支撑件；131、第二安装板；113、柱面部分；134、直线电机；133、固定支撑板；136、活动安装板；135、直线导轨；140、柱面镜部分；139、通孔；138、后焦面透镜部分；137、第二四通滤光片；0009、物镜本体；0008、位移台；0003、粗调节支撑；0002、锁紧环；0006、水平XY向压电位移台；0005、支撑板；0007、样品支撑板；62、透射光束；63、反射光束。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本申请，并非用于限定本申请的范围。

本申请实施例公开一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜。

参照图1，一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，包括照明模块Ⅱ、激光发射模块Ⅰ、锁焦光路模块Ⅲ、物镜系统模块Ⅳ、柱面镜模块以及成像模块Ⅴ。其中，照明模块与激光发射模块相连接，物镜系统模块分别与激光发射模块、锁焦光路模块以及柱面镜模块相连接，柱面镜模块与成像模块相连接。

进行观测时，照明模块用于发射照亮样品的光束，激光发射模块接收到照明模块发射的光束后，通过折射、反射缩小光束的传输体积；折射后的光束进入物镜系统模块，物镜系统模块将接收到的光束照射在样品上，并接受样品受激发后发出的荧光传输至柱面镜模块以及成像模块Ⅴ，由柱面镜模块以及成像模块Ⅴ将光信号转换为电信号。

锁焦光路模块采用785nm光源，向物镜系统模块发出光束，用于将光束照射在样品的下表面，利用光电二极管的信号反馈实现实时锁焦功能。

照明模块包括第一光纤耦合器9、第一激光器10、第五反射镜8以及第一二向色镜4，第一光纤耦合器9用于汇聚照明模块内的光束；第一激光器10设置有多个，在本申请实施例中，第一激光器10具体设置有四个，第一激光器10具体设置为405nm激光器、488nm激光器、561nm激光器以及640nm激光器。

其中，每个第一激光器10的发射口位置均对应设置有一个倾斜的第五反射镜8，每个第五反射镜8一侧均对应设置有一个第一二向色镜4，第五反射镜8与第一二向色镜4所在平面相互垂直，四个第一二向色镜4依次设置于第一光纤耦合器9的接收口位置。

第五反射镜8用于将第一激光器10发射的光束反射至第一二向色镜4，由于第一二向色镜4本身的性质，能够根据光束的波长透过或反射光束，因此第一二向色镜4能够反射第五反射镜8反射的光束至第一光纤耦合器9的接收口，同时远离第一光纤耦合器9的第一二向色镜4反射的光束能穿过靠近第一光纤耦合器9的第一二向色镜4，进而使得不同激光器发出的光都能够聚集到第一光纤耦合器9的接收口处。

对分子结构进行观测时，405nm激光器、488nm激光器、561nm激光器以及640nm激光器能够分别为样品提供不同波长的光束，进而可以激发样品上施加的不同类型的染色剂，进而使超分辨荧光显微镜能够更加便捷的对不同类型的样品进行观测操作，尤其是对相互作用的两种物质分别施加不同的染色剂，然后同时照射不同波长的激发光，则可以在观测时分辨出两种物质的动作及其相互作用。

激光发射模块包括第一光纤头15、第一透镜16、第一滤光片17、可调光阑18、第一反射镜19、第二反射镜20、第一聚焦透镜21、第三反射镜23以及第四反射镜22。其中，第一光纤头15用于与照明模块相连接，第一光纤耦合器9通过第一光纤52与第一光纤头15相连接，第一光纤耦合器9用于将激光通过第一光纤52传输至第一光纤头15。

第一光纤头15的发射口依次设置有相互平行的第一透镜16、第一滤光片17、可调光阑18，其中，第一透镜16用于将第一光纤头15发出的发散光束转化为平行光束；第一反射镜19用于反射经过第一滤光片17与可调光阑18的平行光束至第二反射镜20。

第一聚焦透镜21位于第二反射镜20与第三反射镜23之间，第二反射镜20反射的平行光束经过第一聚焦透镜21聚焦后，再经过第三反射镜23反射至第四反射镜22；第四反射镜22用于将光束反射至物镜系统模块，物镜系统模块用于将接收到的光束照射在样品上。

对分子结构进行观测时，激光发射模块接收照明模块发射的光束，激光发射模块内的光束经过第一反射镜19、第二反射镜20、第三反射镜23以及第四反射镜22的反射后，被反射至物镜系统模块。激光发射模块的光路布局方式能够多次反射改变光束的传播方向，从而缩小光束的传输体积，进而使超分辨荧光显微镜内部的布局更加紧凑，能够缩小超分辨荧光显微系统的体积，有效节约科研空间，使超分辨荧光显微镜的使用以及转移过程更加便捷。

物镜系统模块包括玻片35、物镜34、第二二向色镜32、第六反射镜31以及第三二向色镜30；玻片35设置于物镜34一端，对分子结构进行观测时，玻片35远离物镜34的一侧放置有平行于玻片35的检测样品；第二二向色镜32以及第六反射镜31依次倾斜设置于物镜34远离玻片35的端部，第三二向色镜30位于第六反射镜31一侧。

第二二向色镜32用于将第四反射镜22反射的光束反射至检测样品上，样品经过光束照射产生荧光光束，荧光光束经过玻片35、物镜34以及第二二向色镜32后，经第六反射镜31反射穿过第三二向色镜30，而后入射至柱面镜模块以及成像模块。

对分子结构进行观测时，操作人员需要预先对样品观测位置进行调节，此时样品及玻片35位于垂直于物镜34轴线的方向移动，以便采集样品的不同视野，移动过程中样品相对于物镜34的距离会发生变化。同时，由于放置玻片35的样品在机械安装过程中，可能存在有安装不平整的问题，上述移位操作能够调节玻片35的安装位置，进而便于对样品进行更加精准的观测操作。

锁焦光路模块包括第二激光器14、第二光纤53耦合器、第二光纤53、第二光纤头、第二聚焦透镜25、第七反射镜26、分束棱镜28以及四分之一波片29。其中，第二激光器14发出的光束通过第二光纤53耦合器耦合进入第二光纤53，第二光纤53用于将光束传输至第二光纤头，第二光纤头发出的光束经过第二聚焦透镜25聚焦生成聚焦光束。

第七反射镜26倾斜设置于第二聚焦透镜25一侧，用于反射聚焦光束，分束棱镜28位于第七反射镜26一侧，用于反射或透射聚焦光束，分束棱镜28靠近第三二向色镜30的一侧设有四分之一波片29，分束棱镜28远离第三二向色镜30的一侧设有光电二极管27。

对分子结构进行观测时，四分之一波片29用于透射位于分束棱镜28以及第三二向色镜30之间反射的光束，光电二极管27用于接收穿过四分之一波片29以及分束棱镜28的光束。

对分子结构进行观测时，聚焦光束经过第七反射镜26以及分束棱镜28的反射后，穿过四分之一波片29，而后经二向色镜以及第六反射镜31反射，穿过二向色镜后照射在物镜34的后焦面上，然后光束照射在玻片35的下表面。光束经玻片35下表面生成反射光束63，反射光束63生成后原路返回，穿过物镜34以及第二二向色镜32后，经第六反射镜31以及第三二向色镜30反射，穿过四分之一波片29以及分束棱镜28，照射在光电二极管27上。

此时，反射光束63照射在光电二极管27上的光斑可能会沿移动光电二极管27的设置方向移动，从而偏离光电二极管27的中心位置，此时光电二极管27会将光信号转换为电信号，再传输给物镜系统模块，物镜系统模块能够自动调整物镜34相对于样品的位置，进而使光信号重新移动至光电二极管27的中心位置，自动循环此过程即可保证物镜34相对于样品的距离不变，将样品锁定在物镜34的焦点位置。

柱面镜模块包括空位38以及第一四通滤光片40，空位38内可拆式连接有后焦面透镜37或柱面镜39，第一四通滤光片40位于空位38靠近成像模块的一侧；当后焦面透镜37位于空位38位置时，激光发射模块发射光束，能够观测到物镜34的后焦面，进而能够观测激发光电的角度位置。

当空位38内处于空闲状态时，可以使荧光在不改变光斑形状的情况下通过柱面镜模块，便于进行数据采集工作；当柱面镜39位于空位38位置时，用于三维超分辨定位，在上述过程中，第一四通滤光片40可以过滤掉荧光中的杂光。

成像模块包括筒镜41、第八反射镜42、第四二向色镜43、第十二反射镜44、第九反射镜45、第十三反射镜46、第二滤光片47、第十反射镜48、第十一反射镜49、第三滤光片50以及相机51。

其中，筒镜41位于第一四通滤光片40一侧，第四二向色镜43、第十二反射镜44、第十三反射镜46、第二滤光片47、第三滤光片50以及相机51依次设置于筒镜41远离第一四通滤光片40的一侧。

第八反射镜42与第九反射镜45位于第十三反射镜46的一侧，第十反射镜48与第十一反射镜49位于第十三反射镜46的另一侧；第四二向色镜43用于将透过筒镜41的光束分解为透射光束62和反射光束63。

其中，透射光束62穿过第四二向色镜43后，第十二反射镜44、第十反射镜48、第十一反射镜49以及第十三反射镜46一侧短边面的折射后，穿过第三滤光片50到达相机51。反射光束63经过第四二向色镜43的反射后，经第八反射镜42、第九反射镜45、第十三反射镜46的另一侧短边面的折射，穿过第二滤光片47到达相机51。

对分子结构进行观测时，使用反射镜对光束进行反射，能够有效减小光束反射所需的体积，从而使超分辨荧光显微镜内部的布局更加紧凑，能够缩小超分辨荧光显微系统的体积。

将光束分解为透射光束62和反射光束63，并使透射光束62和反射光束63分路到达相机51，能够实现超分辨荧光显微镜的双通道数据采集，使超分辨荧光显微镜可以同时采集两种不同波长染色结构的数据，采集数据效率高，将两种结构重定位精度高。

第八反射镜42以及第九反射镜45沿第二滤光片47的长度方向可调节位置，用于调节反射光束63的光程。以保证反射侧光路和透射侧光路的焦点可同时照射在相机51的成像面上，实现超分辨荧光显微镜对不同波长染色结构的数据采集，进而提高超分辨荧光显微镜对两种结构数据采集时的相对位置精度。

参照图2，四个第一激光器10分别安装在两块散热安装板003上，四个第五反射镜8分别安装在四块第一可调镜架016上，第一可调镜架016安装在支撑块017上，四个第一二向色镜4分别安装在四块第二可调镜架010上，第二可调镜架010安装在第一安装板007上，散热安装板003、第一安装板007以及支撑块017均安装于主安装板001上。

第一光纤耦合器9设置于耦合器支架006上，耦合器支架006安装在第一安装板007上，主安装板001上设有照明壳体，照明壳体上有散热孔和把手。散热安装板003与第一安装板007底部均开设有沟槽，用于增大散热面积并减小重量。主支撑板0005采用面包板结构，主要使用的材质包括不锈钢、铝合金以及结构钢等。

参照图3，本申请的超分辨荧光显微镜还包括主体外壳143、相机壳体、调整盖板144、电控接线盒146、样品仓固定件142以及样品仓活动件141。其中，样品仓活动件141与主体外壳143转动连接，样品仓活动件141能够绕合页旋转向后翻开，便于操作人员进行取放样品的操作。电控接线盒146用于放置整合的接线端口，调整盖板144打开后，便于操作人员对成像部分光路进行调整。外壳部分的材料包括钢板与铝合金。

参照图4，本申请的超分辨荧光显微镜还包括主二向色镜部分103、第一光纤头部分、准直透镜部分、可调光阑部分、第一聚焦透镜部分以及反射镜组件。第一光纤头部分、准直透镜部分、可调光阑部分、聚焦透镜部分以及反射镜组件均安装在激发光底板101上。

主二向色镜部分103用于将激发光束58的焦点向上反射至物镜34后焦面。主二向色镜部分103包含二向色镜、安装架、磁吸安装块、支撑架。激发光底板101、主二向色镜部分103均安装在主底板108上。

第一光纤头部分包含光纤头、光纤头支架、电机、滑轨以及传感器，第一光纤头部分整体可以通过电机驱动移动。准直透镜部分包含透镜、透镜支架以及滤光片，准直透镜部分整体可以沿光路轴线移位调整。

可调光阑部分包含可调光阑18、光阑支架以及磁吸安装块，对分子结构进行观测时，不同工作状态可以更换不同型号的可调光阑18，第一聚焦透镜部分包含聚焦透镜以及透镜支架，聚焦透镜部分整体可沿光路轴向调整，进而便于找到合适的焦点位置；反射镜组件用于配合调整光路走向及位置。

本申请的超分辨荧光显微镜还包括第二光纤头部分、第二聚焦透镜部分、第一反射镜部分、分束棱镜部分、光电二极管部分、主反射镜部分111、套筒透镜部分124、二向色镜部分125、第二反射镜部分、第三反射镜部分、第四反射镜部分、第五反射镜部分以及相机部分，第二光纤头部分、第二聚焦透镜部分以及反射镜部分117均安装在上安装板120上，上安装板120通过四根支撑立柱安装在底板123上。

第二光纤头部分包含了光纤头、光头安装架、支撑架。第二聚焦透镜部分包含了透镜、透镜安装筒、锁紧螺母、防晃动导向支架。反射镜部分117包含了反射镜、可调安装架。主反射镜部分111包含了主反射镜、可调支架、二向色镜、二向色镜支架、磁吸安装块以及整体支撑块017，主反射镜部分111整体安装块安装在主底板108上。

分束棱镜部分包含了分束棱镜28、笼式安装架、安装架、可调支架、支撑块017、四分之一波片29、波片安装筒以及锁定支架，分束棱镜部分整体安装在底板123上。光电二极管QPD部分包含了QPD、QPD安装架、电动直线滑轨以及可调支撑机构，光电二极管QPD部分整体安装在底板123上，底板123安装在主底板108上。

套筒透镜部分124包含套筒透镜以及套筒透镜支架，可在主底板108上进行二维位置调整。二向色镜部分125包含了二向色镜、二向色镜安装架。第二反射镜部分、第三反射镜部分、第四反射镜部分以及第五反射镜部分均包含有反射镜与可调支架，第二反射镜部分与第三反射镜部分同时安装在支撑块127上，支撑架上还包含了三个反射镜。

第四反射镜部分以及第五反射镜部分均安装在支撑件115上，支撑件115安装在手动滑台上，手动滑台安装在支撑块017上，操作人员通过调节手动滑台旋钮可以调整第四反射镜部分以及第五反射镜部分的位置，以达到调整光程的目的。相机部分包含了相机51、第二安装板131及定位装置。

采用此结构布局紧凑，所占用的体积较小，反射侧光路的反射镜部分117有手动滑台装置，用来调节反射侧光路的光程，以达到与透射侧相同的光程，实现两路荧光的焦点同时照射在相机51的成像面上；成像部分只用了一个套筒透镜对光束聚焦，缩小了整体的布局，节约了成本。

双通道部分以及相机部分均设计有重复定位机构，以保证拆除后再次安装时的定位精度；二向色镜组件和滤光片组件有较高的重复定位精度，可以方便的更换多组不同波长的二向色镜组件和滤光片组件；可调镜架顶部设计有外置调节旋钮，可在不使用扳手的情况下快速方便的进行调节；成像效果好，像差小。

参照图5，本申请的超分辨荧光显微镜还包括柱面部分113，柱面部分113包含直线电机134，直线电机134的固定端安装在固定支撑板133上，直线电机134的驱动端连接活动安装板136，活动安装板136与固定第二安装板133之间通过直线导轨135连接。

活动安装板136上安装有后焦面透镜部分，后焦面透镜部分包含透镜、透镜安装筒、螺母，后焦面透镜部分可沿透镜轴向微调，活动安装板136上还安装有柱面镜部分，柱面镜部分包含柱面镜39、压板，后焦面透镜部分和柱面镜部分之间设有通孔139，后焦面透镜部分、柱面镜部分以及通孔139可以通过直线电机134控制，从而自动沿直线导轨135平移切换，以实现不同功能。活动安装板136远离后焦面透镜部分的一侧固定安装有第二四通滤光片137，第二四通滤光片137始终处在工作位置。

参照图6，物镜34本体安装在压电Z位移台0008上，位移台0008可沿物镜34轴向移动，位移台0008安装在粗调节支撑0003上。操作人员手动调整粗调节支撑0003使物镜34本体相对于样品达到合适的位置后，通过锁紧环0002将粗调节支撑0003锁定。水平XY向压电位移台0006安装在支撑板0005上，样品支撑板0007安装在水平XY向压电位移台0006上，样品台放置在样品支撑板0007上。

本申请实施例一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜的实施原理为：对分子结构进行观测时，激光发射模块接收照明模块发射的光束，激光发射模块内的光束经过第一反射镜19、第二反射镜20、第三反射镜23以及第四反射镜22的反射后，被反射至物镜系统模块；激光发射模块的光路布局方式能够多次反射改变光束的传播方向，从而缩小光束的传输体积，进而使超分辨荧光显微镜内部的布局更加紧凑，能够缩小超分辨荧光显微系统的体积，有效节约科研空间，使超分辨荧光显微镜的使用以及转移过程更加便捷。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，其特征在于，包括：照明模块、激光发射模块、锁焦光路模块、物镜系统模块、柱面镜模块以及成像模块；

所述激光发射模块包括第一光纤头(15)、第一透镜(16)、第一滤光片(17)、可调光阑(18)、第一反射镜(19)、第二反射镜(20)、第一聚焦透镜(21)、第三反射镜(23)以及第四反射镜(22)；

其中，所述第一光纤头(15)用于与照明模块相连接，所述第一光纤头(15)的发射口依次设置有相互平行的第一透镜(16)、第一滤光片(17)、可调光阑(18)，所述第一透镜(16)用于将第一光纤头(15)发出的发散光束转化为平行光束；所述第一反射镜(19)用于反射经过第一滤光片(17)与可调光阑(18)的平行光束至第二反射镜(20)；

所述第一聚焦透镜(21)位于所述第二反射镜(20)与所述第三反射镜(23)之间，所述第二反射镜(20)反射的平行光束经过第一聚焦透镜(21)聚焦后，再经过所述第三反射镜(23)反射至第四反射镜(22)；所述第四反射镜(22)用于将光束反射至物镜系统模块，所述物镜系统模块用于将接收到的光束照射在样品上。

2.根据权利要求1所述的一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，其特征在于：所述照明模块包括第一光纤耦合器(9)、第一激光器(10)、第五反射镜(8)以及第一二向色镜(4)，所述第一光纤耦合器(9)通过第一光纤(52)与所述第一光纤头(15)相连接，所述第一光纤耦合器(9)用于将激光通过第一光纤(52)传输至第一光纤头(15)；

所述第一激光器(10)设置有多个，每个第一激光器(10)的发射口位置均对应设置有一个第五反射镜(8)，每个第五反射镜(8)一侧均对应设置有一个第一二向色镜(4)，多个第一二向色镜(4)依次设置于所述第一光纤耦合器(9)的接收口位置；

所述第五反射镜(8)用于将第一激光器(10)发射的光束反射至第一二向色镜(4)，所述第一二向色镜(4)用于反射第五反射镜(8)反射的光束至第一光纤耦合器(9)的接收口，远离所述第一光纤耦合器(9)的第一二向色镜(4)反射的光束能穿过靠近所述第一光纤耦合器(9)的第一二向色镜(4)。

3.根据权利要求1所述的一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，其特征在于：所述物镜系统模块包括玻片(35)、物镜(34)、第二二向色镜(32)、第六反射镜(31)以及第三二向色镜(30)；

所述玻片(35)设置于所述物镜(34)一端，所述第二二向色镜(32)以及所述第六反射镜(31)依次设置于物镜(34)远离玻片(35)的端部，所述第三二向色镜(30)位于第六反射镜(31)一侧；

所述第二二向色镜(32)用于将第四反射镜(22)反射的光束反射至检测样品上，样品经过光束照射产生荧光光束，荧光光束经过玻片(35)、物镜(34)以及第二二向色镜(32)后，经第六反射镜(31)反射穿过第三二向色镜(30)，入射至柱面镜模块以及成像模块。

4.根据权利要求1所述的一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，其特征在于：所述锁焦光路模块与所述物镜系统模块相连接，包括第二激光器(14)、第二光纤耦合器、第二光纤(53)、第二光纤头、第二聚焦透镜(25)、第七反射镜(26)、分束棱镜(28)以及四分之一波片(29)；

所述第二激光器(14)发出的光束通过第二光纤耦合器耦合进入第二光纤(53)，第二光纤(53)用于将光束传输至第二光纤头，第二光纤头发出的光束经过第二聚焦透镜(25)聚焦生成聚焦光束；

所述第七反射镜(26)位于所述第二聚焦透镜(25)一侧，用于反射聚焦光束，所述分束棱镜(28)位于所述第七反射镜(26)一侧，用于反射或透射聚焦光束，所述分束棱镜(28)靠近所述第三二向色镜(30)的一侧设有四分之一波片(29)，所述分束棱镜(28)远离所述第三二向色镜(30)的一侧设有光电二极管(27)；

所述四分之一波片(29)用于透射位于所述分束棱镜(28)以及第三二向色镜(30)之间反射的光束，所述光电二极管(27)用于接收穿过所述四分之一波片(29)以及分束棱镜(28)的光束。

5.根据权利要求1所述的一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，其特征在于：所述柱面镜模块包括空位(38)以及第一四通滤光片(40)，所述空位(38)内可拆式连接有后焦面透镜(37)或柱面镜(39)，所述第一四通滤光片(40)位于所述空位(38)靠近成像模块的一侧；当所述后焦面透镜(37)位于空位(38)位置时，所述激光发射模块发射光束，能够观测到物镜(34)的后焦面。

6.根据权利要求5所述的一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，其特征在于：所述成像模块包括筒镜(41)、第八反射镜(42)、第四二向色镜(43)、第十二反射镜(44)、第九反射镜(45)、第十三反射镜(46)、第二滤光片(47)、第十反射镜(48)、第十一反射镜(49)、第三滤光片(50)以及相机(51)；

其中，所述筒镜(41)位于第一四通滤光片(40)一侧，所述第四二向色镜(43)、所述第十二反射镜(44)、所述第十三反射镜(46)、所述第二滤光片(47)、所述第三滤光片(50)以及所述相机(51)依次设置于所述筒镜(41)远离第一四通滤光片(40)的一侧；

所述第八反射镜(42)与所述第九反射镜(45)位于所述第十三反射镜(46)的一侧，所述第十反射镜(48)与第十一反射镜(49)位于所述第第十三反射镜(46)的另一侧；所述第四二向色镜(43)用于将透过筒镜(41)的光束分解为透射光束(62)和反射光束(63)；

其中，透射光束(62)穿过第四二向色镜(43)后，经第十二反射镜(44)、第十反射镜(48)、第十一反射镜(49)以及第十三反射镜(46)的折射后，穿过所述第三滤光片(50)到达所述相机(51)；

所述反射光束(63)经过第四二向色镜(43)的反射后，经第八反射镜(42)、第九反射镜(45)、所述第十三反射镜(46)的折射，穿过所述第二滤光片(47)到达所述相机(51)。

7.根据权利要求6所述的一种用于单分子定位的超分辨荧光显微镜，其特征在于：所述第八反射镜(42)以及第九反射镜(45)沿所述第二滤光片(47)的长度方向可调节设置，用于调节所述反射光束(63)的光程。

Images