阅读说明：本技术 一种显微镜用全内反射模块及其使用方法 (Total internal reflection module for microscope and use method thereof ) 是由 何秀芳 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种显微镜用全内反射模块及其使用方法。所述一种显微镜用全内反射模块主要由载样台和转角器组成,所述载样台包括样品架、棱镜架、半圆柱棱镜和弹簧压板,所述转角器包括驱动电机、电机保护箱、直角旋转臂、准直镜固定架、准直镜和反射镜。可通用于各种类型的显微镜,电动校准光束入射角度,操作简单,仅需装样、打开激发光和调整激发光路即可进行全内反射显微成像。准直镜、反射镜和半圆柱棱镜的相互位置固定,激发光始终垂直入射所述半圆柱棱镜至圆心位置激发待测样品；利用驱动电机实现电动调整激发光角度,实现极微小入射角度调整,不仅节省样品测试时间,并且方便耦合各类显微镜,在普通显微镜上实现全内反射显微成像。(The invention provides a total internal reflection module for a microscope and a using method thereof. The utility model provides a total internal reflection module mainly comprises year appearance platform and corner ware for microscope, it includes sample holder, prism frame, semi-cylindrical prism and spring clamp plate to carry the appearance platform, the corner ware includes driving motor, motor guard box, right angle swinging boom, collimating mirror mount, collimating mirror and speculum. The device can be universally used for various types of microscopes, the incident angle of the light beam is electrically calibrated, the operation is simple, and the total internal reflection microscopic imaging can be carried out only by loading samples, opening the excitation light and adjusting the excitation light path. The mutual positions of the collimating mirror, the reflecting mirror and the semi-cylindrical prism are fixed, and the exciting light is always vertically incident to the semi-cylindrical prism to the circle center position to excite the sample to be detected; utilize driving motor to realize electronic adjustment exciting light angle, realize the adjustment of minimum incident angle, not only save sample test time to convenient all kinds of microscopes of coupling realize the microscopic formation of image of total internal reflection on ordinary microscope.)

一种显微镜用全内反射模块及其使用方法

技术领域

本发明公开了一种显微镜用全内反射模块，属于光学显微成像技术领域，具体为通用于各类型显微镜，对待测样品进行全内反射荧光显微成像模块。

背景技术

生命科学中大量的事实表明，细胞的动力学特征是起源于单个蛋白质分子的聚合和相互作用，而细胞内很多至关重要的生命活动过程都是在细胞膜表面完成的，例如信号转导、蛋白质转运、病原体侵入等。所以在分子尺度上直接对细胞表面的生命活动过程进行观察，而不受到来自细胞内深层区域信号的干扰，这对于探究细胞内复杂的生命活动具有极大的意义。全内反射荧光显微技术是国际上公认最具前途的膜上单分子光学成像技术之一。当光线从光密介质进入到光疏介质时发生折射，光线入射角为临界角θ_c时，折射角恰好为90°，此时激发光线在两种介质的临临界面被全部反射，即为全反射；全反射发生时，由于波动效应，有一部分光的能量会透过临界面渗透到光疏介质中，沿着临界面传播，这一部分透过的能量场被称为“隐失波”。全内反射荧光显微技术的原理是利用全内反射时产生的隐失波照明样本，使照明区域限定在样品表面薄层范围内，有效控制了激发体积，具有其它光学成像技术无法比拟的高信噪比和对比度。目前全内反射荧光显微成像系统主要有物镜型和棱镜型，物镜型全内反射荧光显微镜系统中，需采用配备专用型物镜的显微镜，该物镜既作为收集样品荧光信号的接收器，同时又作为发生全内反射的光学器件，由于细胞的典型折射率为1.33～1.38，因此要实现全内反射，则要求使用数值孔径(NA)较高的物镜，因此只有专用的高数值孔径全内反射物镜才能实现，成本高昂。而棱镜法只需要激发光源、棱镜和显微镜，激发光通过棱镜进入光密/光疏临界面，在另一侧的显微镜物镜收集荧光团所发射的荧光，相对简单，成本较低，但针对不同介质的全反射角人为手动调校繁琐。因此，为获得一种简单、通用、低成本的全内反射荧光显微成像的方案，本发明设计了一种可通用于各类正、倒置显微镜的电动全内反射模块。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种显微镜用全内反射模块，可通用于各种类型的显微镜，实现光束入射角度电动校准，以对待测样品进行全内反射荧光显微成像，满足细胞生物学研究所需。

本发明提出的一种显微镜用全内反射模块，主要由载样台和转角器组成。所述载样台包括样品架、棱镜架、半圆柱棱镜和弹簧压板。所述样品架1开设有不规则凹槽，用于安装所述转角器和所述载样台其余部件，并耦合显微镜载物台；所述棱镜架5安装在所述样品架1上开设的不规则凹槽内，所述棱镜架中间开有矩形槽，用于安装所述半圆柱棱镜，所述半圆柱棱镜用于承载待测样品进行测试，所述弹簧压板安装在所述样品架上，用于压紧固定所述棱镜架。所述转角器包括驱动电机和电机保护箱、直角旋转臂、准直镜固定架、准直镜和反射镜。所述驱动电机具有角度闭环反馈功能；所述电机保护箱安装在所述样品架上，并与所述驱动电机连接，用于支撑并保护所述驱动电机；所述直角旋转臂一直角边安装在所述驱动电机的输出轴上，另一直角边固定有所述反射镜和所述准直镜固定架，所述准直镜固定架用于固定所述准直镜。

具体地，所述半圆柱棱镜中心线与所述驱动电机输出轴中心线共轴，并且所述半圆柱棱镜与所述反射镜位于同一竖直平面上，使得固定在所述直角旋转臂上的所述反射镜始终绕着所述半圆柱棱镜的中心线旋转移动；所述准直镜出射光束经所述反射镜反射后始终垂直入射所述半圆棱镜相切面，到达所述半圆棱镜圆心位置。

本发明还提供一种显微镜用全内反射模块的使用方法，可以用于对待测样品进行全内反射荧光显微成像。

步骤一)装样：将所述承载有待测样品的半圆柱棱镜安装在所述棱镜架上后，用所述弹簧压板将安装有所述半圆柱棱镜的所述棱镜架固定在样品架上；

步骤二)打开激发光：激发光束经所述准直镜准直后射入反射镜，被反射镜反射后垂直入射所述半圆柱棱镜相切面，到达所述半圆棱镜圆心位置，在所述半圆柱棱镜与待测样品临界面发生反射和折射；

步骤三)调整激发光路进行全内反射成像：启动所述驱动电机，并带动固定在所述直角旋转臂上的反射镜旋转角度，至激发光在所述半圆柱棱镜与待测样品临界面只发生反射，而无折射现象发生，此时激发光在所述半圆柱棱镜与待测样品临界面发生全反射，产生的隐失波照明并激发待测样品紧贴所述半圆棱镜上表面的薄层区域，进行全内反射显微成像。

本发明的有益效果：

(1)本发明公开的一种显微镜用全内反射模块，结构精巧，可耦合在各类正置、倒置显微镜上，在普通显微镜上实现全内反射显微成像。

(2)本发明公开的一种显微镜用全内反射模块，所述准直镜、反射镜和半圆柱棱镜的相互位置固定，无论所述反射镜旋转至任何角度，激发光始终垂直入射所述半圆柱棱镜至圆心位置，激发待测样品进行全内反射显微成像，极大节省样品测试时间。

(3)本发明公开的一种显微镜用全内反射模块，利用驱动电机实现电动调整激发光角度，实现了人力校准难以实现的极微小入射角度调整，不仅节省样品测试时间，而且更进一步提高了全内反射显微成像的。

(4)本发明公开的一种显微镜用全内反射模块，简化了全内反射显微成像流程，相较于普通的显微成像，仅需开启驱动电机就能调整激发光角度实现全内反射显微成像，操作简单实用，具有极大的应用价值。

附图说明

图1为一种显微镜用全内反射模块外观图

图2为一种显微镜用全内反射模块俯视图

图3为一种显微镜用全内反射模块的转角器示意图

图4为一种显微镜用全内反射模块的全内反射成像光路示意图

图5为一种显微镜用全内反射模块耦合正置显微镜的全内反射成像工作示意图

图6为一种显微镜用全内反射模块耦合倒置显微镜的全内反射成像工作示意图

图中：1.样品架；2.电机保护箱；3.驱动电机；4.直角旋转臂；5.棱镜架；6.弹簧压板；7.半圆柱棱镜；8.准直镜固定架；9.准直镜；10.反射镜；11.载玻片

具体实施方式

下文将结合附图以及具体实施案例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当了解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

如附图1、2和3所示，本发明提供的一种显微镜用全内反射模块，主要包括载样台和转角器。所述载样台包括样品架1、棱镜架5、半圆柱棱镜7和弹簧压板6。所述样品架1开设有不规则凹槽，用于安装所述转角器和所述载样台其余部件，并耦合显微镜载物台；所述棱镜架5安装在所述样品架1上开设的不规则凹槽内，所述棱镜架5中间开有矩形槽，用于安装所述半圆柱棱镜7，所述半圆柱棱镜7用于承载待测样品进行测试，所述弹簧压板6安装在所述样品架1上，用于压紧固定所述棱镜架5。所述转角器包括驱动电机3、电机保护箱2、直角旋转臂4、准直镜固定架8、准直镜9和反射镜10。所述电机保护箱2安装在所述样品架1上，并与所述驱动电机3连接，用于支撑并保护所述驱动电机3；所述直角旋转臂4一直角边安装在所述驱动电机3的输出轴上，另一直角边固定有所述反射镜10和所述准直镜固定架8，所述准直镜9固定架8用于固定所述准直镜9。

具体地，所述半圆柱棱镜7中心线与所述驱动电机3输出轴中心线共轴，并且所述半圆柱棱镜7与所述反射镜10位于同一竖直平面上，使得固定在所述直角旋转臂4上的所述反射镜10始终绕着所述半圆柱棱镜7的中心线旋转移动；所述准直镜9出射光束经所述反射镜10反射后始终垂直入射所述半圆棱镜相切面，到达所述半圆棱镜圆心位置。

下面通过具体实施案例说明本发明提供的一种显微镜用全内反射模块的使用方法，通用于各类型显微镜，在普通显微镜上实现全内反射显微成像。

实施例1

如附图5所示为本发明提供的一种显微镜用全内反射模块耦合正置显微镜的全内反射成像工作示意图。将安装有转角器和载样台其余部件的样品架1耦合于显微镜样品台上，调节转角器至样品架1下方，进行待测样品的全内反射显微成像。首先装样，将待测样品滴于所述半圆柱棱镜7上表面，保证待测样品贴壁良好后，将所述半圆柱棱镜7安装在所述棱镜架5上，通过移动弹簧压板6，将安装有所述半圆柱棱镜7的棱镜架5固定在样品架1上开设的不规则凹槽内；接着打开激发光源发射激发光，激发光先经准直镜9准直后垂直入射反射镜10；再被反射镜10反射后垂直入射所述半圆柱棱镜7相切面至圆心位置，在半圆柱棱镜7与待测样品临界面处，一部分激发光在临界面发生反射，一部分激发光则折射入待测样品介质中，激发待测样品发光；最后调整激发光路进行全内反射成像，启动驱动电机3，驱动电机3输出轴带动固定于其上的直角旋转臂4转动角度，固定在直角旋转臂4上的反射镜10随之绕着半圆柱棱镜7中心线作圆周旋转，旋转至激发光在半圆柱棱镜7与待测样品界面上方折射光束消失时停止转动，此时激发光在半圆柱棱镜7与待测样品临界面处发生全反射(如附图4所示)，产生的隐失波照明并激发待测样品紧贴半圆柱棱镜7上表面的薄层区域，物镜收集待测样品紧贴半圆柱棱镜7上表面的薄层区域发出的光实现全内反射显微成像。

实施例2

如附图6所示为本发明提供的一种显微镜用全内反射模块耦合倒置显微镜的全内反射成像工作示意图。将安装有转角器和载样台其余部件的样品架1耦合于显微镜样品台上，调节转角器至样品架1上方，用载玻片11替代棱镜架5安装于样品架1上，进行待测样品的全内反射显微成像。首先装样，将待测样品滴于洁净载玻片11表面，保证待测样品贴壁良好后，通过移动弹簧压板6，将承载有待测样品的载玻片11固定在样品架1上开设的不规则凹槽内，将所述半圆柱棱镜7盖于待测样品上；接着打开激发光源，调节入射角使得激发光在半圆柱棱镜7与待测样品临界面下方折射光消失，此时激发光在半圆柱棱镜7与待测样品临界面处发生全反射(如附图4所示)，产生的隐失波照明并激发待测样品紧贴半圆柱棱镜7上表面的薄层区域，物镜收集待测样品紧贴半圆柱棱镜7上表面的薄层区域发出的光进行全内反射显微成像。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。