PL177190B1

PL177190B1 - Luminescent scanning microscope

Info

Publication number: PL177190B1
Application number: PL95310389A
Authority: PL
Inventors: Antoni Latuszek
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1999-10-29
Also published as: PL310389A1

Abstract

1. The luminescent scanning microscope is designed for scanning a biological preparation, located in the object plane of the cross-shaped stage, with a concentrated beam of ultraviolet laser light. It is equipped with a spectrograph for registering the luminescent spectrum of the scanned preparation. Unique characteristics: The object plane of the stage (6) is located in the plane of the spectrograph slit (5).

Description

Przedmiotem wynalazku jest luminescencyjny mikroskop skaningowy do analizy widmowej preparatów biologicznych za pomocą ultrafioletowego światła laserowego.The subject of the invention is a scanning luminescent microscope for the spectral analysis of biological preparations using ultraviolet laser light.

Znane są mikroskopy skaningowe do pomiarów mikrofotometrycznych preparatów biologicznych, wykorzystujące wiązkę światła laserowego w celu pobudzenia do świecenia luminescencyjnego badanego preparatu. W celu uniknięcia zniszczenia preparatu w czasie badań, stosuje się odpowiednio słabą wiązkę laserową nie powodującą degradacji badanego punktu lub innych niepożądanych zmian. Ogranicza to ilość możliwych do uzyskania informacji, tym bardziej, że w dotychczasowych układach optycznych stosowanych w mikroskopach skaningowych następują znaczne straty światła luminescencyjnego przesyłanego pomiędzy skanowaną próbką, umieszczoną w płaszczyźnie przedmiotowej stolika a urządzeniem rejestrującym wyniki pomiarów mikrofotometrycznych. Z tych względów w celu uzyskania odpowiednich wyników w badaniach nie niszczących stosuje się skomplikowane i kosztowne wzmacniacze luminancji.There are known scanning microscopes for microphotometric measurements of biological preparations, using a laser light beam to stimulate the luminescence of the tested preparation. In order to avoid damaging the preparation during the tests, an appropriately weak laser beam is used, which does not cause degradation of the test point or other undesirable changes. This limits the amount of information that can be obtained, the more so because in the existing optical systems used in scanning microscopes, there is a significant loss of luminescent light transmitted between the scanned sample, placed in the subject plane of the table, and the device recording the results of microphotometric measurements. For these reasons, in order to obtain adequate results in non-destructive tests, complex and expensive luminance enhancers are used.

Znany jest także z polskiego zgłoszenia patentowego nr 294 673 sposób określania materiałów o właściwościach luminescencyjnych za pomocą laserowego mikroskopu skaningowego zawierającego dwa źródła skupionego światła laserowego zogniskowane w jednym punkcie na preparacie. Podczas badań preparat oświetla się naprzemiennie impulsami światła o różnych długościach fali, zaś uzyskane widmo luminescencyjne rejestruje się za pomocą fotodetektora połączonego z mikroprocesorem lub za pomocą spektrografu. W celu uniknięcia zniszczenia preparatu w czasie badań, stosuje się odpowiednio obniżoną temperaturę. Wymaga to stosowania specjalnej instalacji do oziębiania preparatu i stolika.Also known from Polish patent application No. 294 673 is a method for determining materials with luminescent properties using a scanning laser microscope containing two sources of focused laser light focused at one point on the preparation. During the tests, the specimen is illuminated by alternating light pulses of different wavelengths, and the obtained luminescence spectrum is recorded with a photodetector connected to a microprocessor or with a spectrograph. In order to avoid damaging the preparation during the tests, a suitably lowered temperature is used. This requires the use of a special installation for cooling the preparation and the table.

Mikroskop według wynalazku, do skanowania preparatu biologicznego umieszczonego w płaszczyźnie przedmiotowej stolika krzyżowego zogniskowaną wiązką ultrafioletowego światła laserowego, zaopatrzony w spektrograf do rejestracji widma luminescencyjnego skanowanego preparatu, charakteryzuje się tym, że płaszczyzna przedmiotowa stolika usytuowana jest w płaszczyźnie szczeliny spektrografu.The microscope according to the invention for scanning a biological preparation placed in the object plane of the cross table with a focused beam of ultraviolet laser light, equipped with a spectrograph for recording the luminescence spectrum of the scanned preparation, is characterized in that the object plane of the stage is located in the plane of the spectrograph slit.

Inny mikroskop charakteryzuje się tym, że zaopatrzony jest w odcinek światłowodu, którego pierwszy przełom, na którym umieszcza się preparat skanowany wiązką ultrafioletowego światła laserowego, zamocowany jest w płaszczyźnie przedmiotowej stolika krzyżowego, zaś drugi przełom światłowodu umieszczony jest w szczelinie spektrografu.Another microscope is characterized by the fact that it is equipped with a segment of the optical fiber, the first fracture of which, on which the preparation scanned with the ultraviolet laser light beam is placed, is fixed in the object plane of the cross table, and the second fracture of the optical fiber is placed in the spectrograph slit.

Mikroskop według wynalazku umożliwia przeprowadzenie analizy widmowej preparatu bez jego degradacji w toku badań dzięki znacznemu obniżeniu strat światła luminescencyjne177 190 go. Umożliwia także wyeliminowanie błędów fazowych powodowanych dotychczas niedokładnościami ustawienia mikroskopu oraz właściwościami materiałów stosowanych w układach optycznych. Badany preparat podczas skanowania może być naświetlany w sposób impulsowy lub ciągły, a ilość uzyskiwanych informacji może być zwiększona poprzez sprzężenie spektrografu z dodatkowymi urządzeniami rejestrującymi sygnały powstałe w wyniku wtórnego świecenia preparatu.The microscope according to the invention enables the spectral analysis of the preparation without its degradation in the course of the research, thanks to a significant reduction in the loss of luminescent light. It also makes it possible to eliminate phase errors caused so far by inaccuracies in microscope positioning and the properties of materials used in optical systems. During scanning, the tested preparation can be irradiated in a pulse or continuous manner, and the amount of information obtained can be increased by coupling the spectrograph with additional devices recording signals resulting from secondary illumination of the preparation.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie mikroskop z płaszczyzną przedmiotową pokrywającą się z płaszczyzną szczeliny spektrografu, a fig. 2 - mikroskop z odcinkiem światłowodu umieszczonego między płaszczyzną przedmiotową a szczeliną spektrografu.The solution according to the invention is presented in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 schematically shows a microscope with the object plane coinciding with the plane of the spectrograph slit, and Fig. 2 - a microscope with a segment of the optical fiber placed between the object plane and the spectrograph slit.

Mikroskop przedstawiony na fig. 1 składa się z lasera ultrafioletowego 1, kondensatora 2 wraz z pomocniczymi zwierciadłami sferycznymi 3 oraz spektrografu 5. Spektrograf 5 zaopatrzony jest w kolimator z soczewką 11, której ognisko pokrywa się z płaszczyzną szczeliny spektrografu, element dyspersyjny w postaci siatki dyfrakcyjnej 12 oraz obiektyw rzutujący widmo dyfrakcyjne na płytę fotograficzną. Mikroskop zaopatrzony jest w stolik krzyżowy 6, którego płaszczyzna przedmiotowa usytuowana jest w płaszczyźnie szczeliny spektrografu 5. W tej szczelinie umieszczona jest na stoliku krzyżowym 6 badana komórka biologiczna 7. Pomiędzy szczeliną a soczewką 11 kolimatora spektrograf 5 ma wbudowane obrotowe zwierciadło 8 oraz fotodetektor 9 połączony z mikroprocesorem 14.The microscope shown in Fig. 1 consists of an ultraviolet laser 1, a capacitor 2 with auxiliary spherical mirrors 3 and a spectrograph 5. The spectrograph 5 is equipped with a collimator with a lens 11, the focus of which coincides with the plane of the spectrograph slit, a dispersion element in the form of a diffraction grating. 12 and a lens projecting a diffraction spectrum onto the photographic plate. The microscope is equipped with a cross table 6, the object plane of which is situated in the plane of the spectrograph aperture 5. In this aperture, the tested biological cell is placed on the cross table 6. Between the aperture and the lens 11 of the collimator, the spectrograph 5 has a rotating mirror 8 and a photodetector 9 connected to it with microprocessor 14.

Urządzenie działa następująco: wiązka światła z lasera ultrafioletowego 1 skupiona za pomocą kondensatora 2 na badanej próbce 7 wywołuje w niektórych jej obszarach fotoluminescencję, czyli wtórne świecenie, już nie w ultrafiolecie ale w zakresie widzialnym. Promienie 10 światła luminescencyjnego emitowane są bezpośrednio w kierunku soczewki 11 kolimatora. Po przejściu przez soczewkę 11 i siatkę dyfrakcyjną 12 dają na kliszy fotograficznej 13 widmo tego światła. Zwierciadło 8 po odwróceniu o 45 stopni odbija promienie 10 w kierunku fotodetektora 9, gdzie ulegają przekształceniu na sygnał elektryczny rejestrowany przez mikroprocesor 14. Następnie skanuje się pozostałe punkty próbki 7 z wykorzystaniem impulsowego lub ciągłego światła laserowego. Uzyskanie pełnego powiększonego obrazu wymaga zebrania informacji o kilkunastu tysiącach punktów badanej komórki 7.The device works as follows: a beam of light from the ultraviolet laser 1 focused by a capacitor 2 on the test sample 7 causes photoluminescence in some of its areas, i.e. secondary illumination, not in ultraviolet but in the visible range. The rays 10 of the luminescent light are emitted directly towards the lens 11 of the collimator. After passing through the lens 11 and the diffraction grating 12 they give a spectrum of this light on the photographic plate 13. The mirror 8, after being inverted by 45 degrees, reflects the rays 10 towards the photodetector 9, where they are converted into an electrical signal registered by the microprocessor 14. Then the remaining points of the sample 7 are scanned using pulsed or continuous laser light. Obtaining a full magnified image requires collecting information on several thousand points of the examined cell 7.

Mikroskop przedstawiony na fig. 2 różni się tym, że zaopatrzony jest w światłowód 15, którego pierwszy przełom zamocowany jest w płaszczyźnie przedmiotowej stolika krzyżowego 6'. Badaną próbkę 7 umieszcza się na pierwszym przełomie światłowodu 15, który złączony jest ze stolikiem krzyżowym 6' i obrotowym 6. Dzięki temu możliwe są zarówno przesunięcia badanej próbki 7 w płaszczyźnie xy, jak też jej obroty wokół osi prostopadłej, a nawet równoległej, do osi optycznej mikroskopu. Umożliwia to uzyskanie obrazów stereo komórki 7. Urządzenie znajdzie zastosowanie w rozszyfrowaniu kodu genetycznego, w wykrywaniu komórek nowotworowych, w rozpoznawaniu wirusów i innych obiektów mikrobiologicznych.The microscope shown in Fig. 2 differs in that it is provided with an optical guide 15, the first breakthrough of which is fixed in the object plane of the cross table 6 '. The test sample 7 is placed on the first breakthrough of the fiber 15, which is connected to the cross table 6 'and the rotary table 6. Thanks to this, it is possible to shift the test sample 7 in the xy plane, as well as its rotations around an axis perpendicular or even parallel to the axis optical microscope. This makes it possible to obtain stereo images of cell 7. The device will find application in deciphering the genetic code, in the detection of cancer cells, in the recognition of viruses and other microbial objects.

177 190177 190

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 70 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1.Luminescent scanning microscope, for scanning a biological preparation placed in the object plane of the cross table with a focused beam of ultraviolet laser light, equipped with a spectrograph to record the luminescence spectrum of the scanned preparation, characterized in that the object plane of the table (6) is located in the plane of the spectrograph slit (5 ).

2.Luminescent scanning microscope for scanning a biological preparation placed in the object plane of the cross table with a focused beam of ultraviolet laser light, equipped with a spectrograph to record the luminescence spectrum of the scanned preparation, characterized in that it is provided with a section of the optical fiber (15), the first breakthrough on in which the preparation scanned with the laser beam is placed, is mounted in the object plane of the cross table (6 '), and the second fracture is placed in the spectrograph slot (5).