基于柱透镜聚焦的线扫描受激发射损耗显微成像装置的制作方法

本发明属于荧光显微成像领域，具体涉及一种基于柱透镜聚焦的线扫描受激发射损耗显微成像装置。

背景技术：
远场荧光发光显微术被广泛用于研究生物样本，但由于受阿贝衍射极限限制，远场光学显微成像的极限分辨率横向大致为200nm，纵向为450nm（Science316,1153(2007)）。为进一步提高远场显微成像分辨率，大量新颖的超分辨成像技术被提出，其中受激发射损耗（StimulatedEmissionDepletion，STED）显微术（NATURE440，935（2006））是最近发展较快的一种超分辨远场荧光成像技术。在STED显微技术中，激发光与中空的环形消激发（STED）光同轴重叠照射在被测样品上，因此只有激发光中心很小一部分能够发射荧光，而激发光斑边缘部分的荧光发射受到环形STED光的抑制。美国专利（专利号：US5731588）和中国专利（公开号：101907766A）公开了点成像STED显微技术，该技术通过对样品的逐点扫描成像，数据处理后得到样品的三维超分辨成像，其耗时长且效率低，对于实时快速研究生命过程极为不利。

技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于柱透镜聚焦的线扫描受激发射损耗显微成像装置，可实现对被测样品的快速扫描显微成像。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：一种基于柱透镜聚焦的线扫描受激发射损耗显微成像装置，其特征在于，由第一线偏振激光光源、第一矩形光阑、非连续波片、第一分光镜、第二分光 镜、第一柱透镜、纳米平移台、第二线偏振激光光源、第二矩形光阑、四分之一波片、第二柱透镜和线阵CCD探测器组成；第一线偏振激光光源产生的光束经第一矩形光阑和非连续波片后转换成矩形TEM01线偏振光；矩形TEM01线偏振光经第一分光镜反射、第二分光镜透射，最后由第一柱透镜线聚焦在固定在纳米平移台上的被测样品上，作为消激发光；第二线偏振激光光源产生的光束经第二矩形光阑和四分之一波片后转换成矩形圆偏光；矩形圆偏光经第二分光镜反射，接着由第一柱透镜线聚焦在被测样品上作为激发光；被测样品上激发的荧光依次经过第一柱透镜、第二分光镜和第一分光镜后，最后由第二柱透镜聚焦收集至线阵CCD探测器上。本发明的基于柱透镜聚焦的线扫描受激发射损耗显微成像装置，解决了传统点扫描STED超分辨显微成像进行三维扫描时效率低、耗时长的问题，可实现对被测样品一维线扫描显微成像；更重要的是可用于对大尺寸生物样品进行高分辨、快速实时三维成像检测。附图说明图1为本发明的基于柱透镜聚焦的线扫描受激发射损耗显微成像装置结构示意图；图2为非连续波片结构示意图；图3为矩形TEM01线偏振消激发光经数值孔径NA=0.8的消球差柱透镜聚焦后在焦点附近的光强分布图；图4为矩形圆偏振激发光经数值孔径NA=0.8的消球差柱透镜聚焦后在焦点附近的光强分布图；图5为矩形TEM01线偏振消激发光和矩形圆偏振激发光经数值孔径NA=0.8的消球差柱透镜聚焦后在焦点处的光强分布图；以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。具体实施方式如图1所示，本实施例给出一种基于柱透镜聚焦的线扫描受激发射损耗显微成像方法和装置，由第一线偏振激光光源1、第一矩形光阑3、非连续波片5、第一分光镜7、第二分光镜8、第一柱透镜9、纳米平移台10、第二线偏振激光光源2、第二矩形光阑4、四分之一波片6、第二柱透镜11和线阵CCD探测器12组成。第一线偏振激光光源1产生的光束经第一矩形光阑3和非连续波片5后转换成矩形TEM01线偏振光；矩形TEM01线偏振光经第一分光镜7反射、第二分光镜8透射，最后由第一柱透镜9线聚焦在固定在纳米平移台10上的被测样品上作为消激发光；第二线偏振激光光源2产生的光束经第二矩形光阑4和四分之一波片6后转换成矩形圆偏光；矩形圆偏光经第二分光镜8反射，接着由第一柱透镜9线聚焦在被测样品上作为激发光；被测样品上激发的荧光依次经过第一柱透镜9、第二分光镜8和第一分光镜7后，最后由第二柱透镜11聚焦收集至线阵CCD探测器12上。本实施例中，第一、二矩形光阑（3、4）分别用于将第一、二线偏振激光光源（1、2）产生的光束转换成光场分布几乎均匀的矩形平面波。第一线偏振激光光源1产生的光束的偏振方向与x坐标轴平行。如图2所示，非连续波片5的两半之间存在特定高度差，以使得光束两半之间产生π的相对相位差，从而将矩形平面波转换成矩形TEM01线偏振光；且非连续波片5两半之间的分界线与x坐标轴平行。图3为矩形TEM01线偏振消激发光经数值孔径NA=0.8的消球差柱透镜聚焦后在焦点附近的光强分布图，其中心光强为零，光斑边缘存在两对称的强度峰；图4为矩形圆偏振激发光经数值孔径NA=0.8的消球差柱透镜聚焦后在焦点附 近的光强分布图，其中心光强最强；图5为矩形TEM01线偏振消激发光和矩形圆偏振激发光经数值孔径NA=0.8的消球差柱透镜聚焦后在焦点处的光强分布图，线聚焦消激发光和激发光同轴汇合在被测样品上，调整线聚焦消激发光工作功率可抑制线聚焦激发光斑两边的荧光发射，使得被测样品上仅极细的中心线发射出荧光。纳米平移台10用于固定被测样品，对样品进行三维荧光发射扫描，数据处理后即可得到样品的显微成像。第一分光镜7为平平镜，镀有对消激发光的高反膜和对产生荧光的高透膜；第二分光镜8也为平平镜，镀有对激发光的高反膜和对消激发光及产生荧光的高透膜。第一、二柱透镜（9、11）为消球差高数值孔径柱透镜，且其母线均与x坐标轴平行。