一种微球透镜侧视超分辨成像装置的制作方法

本发明涉及成像技术领域，尤其涉及一种微球透镜侧视超分辨成像装置。

背景技术：

自第一台显微镜发明到现在的三百多年中，人们提出了各种提高成像效果和系统分辨率的方法，研制出了基于不同机制和原理的各式显微镜。对于成像分辨率达到纳米级甚至是原子级的电子显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜而言，虽然分辨率很高，但是对成像条件和样品有严格的限制，特别是无法对活的生物样品成像，限制了在生物医学方面的应用。由于光学显微镜可以直接实时地观测样品并附带有丰富的功能成像信息(如颜色、透明度等)等特点，在生物医学等显微成像领域仍然具有不可替代的作用。随着现代生物技术的发展，人们需要观察的生物样品已经由生物个体，延伸到器官、组织、细胞、乃至单个分子水平。尤其随着核酸和蛋白质的化学分析技术的进一步发展，生命科学逐步转向分子生物学、分子免疫学、分子细胞学和分子遗传学等领域。这些技术研究对显徽镜的分辨能力以及成像条件提出了更高的要求，因此探索能从根本上突破衍射极限、获取更高分辨能力的光学超分辨成像方法，尤其是远场光学显微成像方法，已然成为生物医学领域一个非常关键的技术问题。在近几十年中，通过科研工作者的不断努力，一些新型的光学超分辨显微方法和技术被提出，并取得了突破性的进展，为纳米级生物样品的观测和研究带来了曙光。

2011年英国曼彻斯特大学的王增波小组搭建了在白光下用透明介质微球实现超分辨显微成像的模型，并指出能够实现超分辨的二氧化硅介质微球的直径需要在2-9微米之间，将微球直接放置于待测样品的表面之上，即可在普通光学显微镜下实现超分辨成像。显微镜工作在白光模式，在透射模式下，采用直径为4.74um的透明介质微球，成功对50nm直径和间隔孔的鱼网镀金阳极氧化铝膜样品进行了成像；在反射模式下，通过二氧化硅微球清晰的看到了蓝光dvd光盘保护膜表面100纳米宽的纹，成功打破了衍射极限的限制。

微球透镜结合光学显微镜可以实现超分辨成像。但是现有一般采用将微球透镜浸没在液体中来成像，这种成像方式会污染样品表面，且浸没液体的深度对微球透镜的成像质量也会产生影响；另外，对于沟槽结构内侧壁上超分辨图像的观测，由于沟槽另一侧壁遮挡了显微镜的光路，因此微球透镜不能对沟槽结构的内侧壁进行超分辨成像。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种微球透镜侧视超分辨成像装置。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种微球透镜侧视超分辨成像装置，包括显微镜、样品台、移动机构、探针以及侧视复合透镜，所述样品台位于所述显微镜的下方，所述探针安装在所述移动机构上，所述侧视复合透镜包括浸没介质、连接在所述浸没介质上的微球透镜和光学反射镜，所述浸没介质与所述探针相连接。

作为本发明的进一步改进，所述浸没介质为紫外光固化胶或聚二甲基硅氧烷胶。

作为本发明的进一步改进，所述微球透镜半浸没在所述浸没介质中。

作为本发明的进一步改进，所述微球透镜为钛酸钡微球透镜。

作为本发明的进一步改进，所述微球透镜的直径为50μm。

作为本发明的进一步改进，所述光学反射镜与水平方向的夹角为45°。

作为本发明的进一步改进，所述探针的一端穿入所述浸没介质中。

作为本发明的进一步改进，所述移动机构包括第一水平移动平台、安装在所述第一水平移动平台上的第二水平移动平台、安装在所述第二水平移动平台上的垂直移动平台以及安装在所述垂直移动平台上的角度调节机构，所述探针的另一端安装在所述角度调节机构上。

作为本发明的进一步改进，所述探针的另一端连接有加长杆，所述加长杆安装在所述角度调节机构上。

作为本发明的进一步改进，所述样品台为三轴移动平台。

本发明的有益效果是：

本发明将光学反射镜与微球透镜集成化，将微球透镜、光学反射镜均粘接在浸没介质上形成侧视复合透镜，不仅减小侧视复合透镜的体积，使复合透镜可以进入沟槽结构的内部，浸没介质为紫外光固化胶或聚二甲基硅氧烷胶不仅可以提高微球透镜的成像质量，而且具有非常好的光传输性能，通过光学反射镜改变显微镜的光路，通过移动机构实现对侧视复合透镜的操控以及样品台带动样品的移动，实现对沟槽结构内侧壁超分辨图像的观测，还可以移动样品台，实现对沟槽内侧壁任意区域的超分辨成像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的优选实施例的移动机构上安装探针的主视图；

图3为本发明的优选实施例的角度调节机构的结构示意图；

图4为本发明的优选实施例的探针与侧视复合透镜连接的结构示意图；

图5为本发明的优选实施例的侧视复合透镜成像的结构示意图；

图中：10、显微镜，12、样品台，14、移动机构，16、探针，18、侧视复合透镜，20、浸没介质，22、微球透镜，24、光学反射镜，25、斜面，26、第一水平移动平台，28、第二水平移动平台，30、垂直移动平台，32、角度调节机构，33、显微镜光束，34、基座，36、承载杆，38、角度调节旋钮，40、加长杆，42、连接杆，44、样品，46、内侧壁，48、超分辨图像。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图4所示，一种微球透镜侧视超分辨成像装置，包括显微镜10、样品台12、移动机构14、探针16以及侧视复合透镜18，样品台12位于显微镜10的下方，探针16安装在移动机构14上，侧视复合透镜18包括浸没介质20、连接在浸没介质20上的微球透镜22和光学反射镜24，浸没介质20与探针16相连接，通过移动机构14的操作，带动探针16移动，探针16带动浸没介质20移动使得侧视复合透镜18能够移动到沟槽结构的内部。

本发明优选浸没介质20为紫外光固化胶，不仅可以提高微球透镜22的成像质量，而且具有非常好的光传输性能。可以理解的是，浸没介质20并不局限于紫外光固化胶，也可以为聚二甲基硅氧烷胶。

本发明优选微球透镜22半浸没在浸没介质20中，半浸没的成像方式不仅可以提高微球透镜22的成像质量，而且可以保证微球透镜22与样品表面的充分接触，便于观察到沟槽结构的内部的超分辨成像，成像质量好。

为了便于实现超分辨成像，本发明优选微球透镜22为钛酸钡微球透镜。进一步的，微球透镜22的直径为50μm，可以实现超分辨成像，提高成像效率和成像质量。

本发明优选光学反射镜24与水平方向的夹角为45°，可以将垂直照射的光束反射成水平光束，可以观察到沟槽结构的内侧壁，提高成像质量。为了提高光学反射镜24与浸没介质20连接的稳固性，本发明优选浸没介质20设置有斜面25，斜面25与水平方向的夹角为45°。

为了提高探针16与浸没介质20之间连接的稳定性，实现对侧视复合透镜18的稳定操控，本发明优选探针16的一端穿入浸没介质20中。可以根据实际情况设置探针16穿入浸没介质20中的深度，实现探针16不遮挡微球透镜的光路。

本发明优选移动机构14包括第一水平移动平台26、安装在第一水平移动平台26上的第二水平移动平台28、安装在第二水平移动平台28上的垂直移动平台30以及安装在垂直移动平台30上的角度调节机构32，探针16的另一端安装在角度调节机构32上，通过角度调节机构32使探针16倾斜合适的角度，保证显微镜光束33可以通过光学反射镜24改变光路反射到微球透镜22上。本实施例中，第一水平移动平台26实现沿x轴方向的移动，第二水平移动平台28实现沿y轴方向的移动，垂直移动平台30实现沿z轴方向的移动，第一水平移动平台26、第二水平移动平台28、垂直移动平台30均采用本领域通用结构，在此不再赘述。如图3所示，优选角度调节机构32包括基座34、与基座34铰接的承载杆36、与基座34螺纹连接的角度调节旋钮38，基座34安装在垂直移动平台30上，在基座34内设置轴承(图中未示出)，角度调节旋钮38的底部与轴承的内圈相配合，轴承的外圈与基座34相配合，当旋转角度调节旋钮38时，角度调节旋转38升降从而使得承载杆36改变倾斜角度。

本发明优选探针16的另一端连接有加长杆40，加长杆40安装在角度调节机构32上。具体的，还设置有连接杆42，连接杆42的上部与承载杆36相连接，连接杆42的下部与加长杆40相连接，通过旋转角度调节旋钮38使加长杆40倾斜合适的角度，从而使得探针16倾斜合适的角度。当然，可以理解的是，探针16与加长杆40可以为一体成型。

本发明优选样品台12为三轴移动平台，能够实现样品沿x轴、y轴和z轴方向的移动，可以实现对沟槽内侧壁任意区域的超分辨成像。

本发明在使用时，首先将侧视复合透镜18通过探针16安装在加长杆40的前端，旋转角度调节机构32的角度调节旋钮38并利用第一水平移动平台26、第二水平移动平台28和垂直移动平台30调整侧视复合透镜18的位置，将微球透镜22移动到显微镜10视野的中央，同时使显微镜光束33可以通过光学反射镜24改变光路反射到微球透镜22上，移动样品台12，使侧视复合透镜18中的微球透镜22接触到样品44的沟槽结构内侧壁46，调节显微镜10的焦距，直至可以观察到样品44的沟槽结构内侧壁46上的超分辨图像48，如图5所示，移动样品台12，可以观察到样品44的沟槽结构内侧壁46上的任意区域的图像。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。