СПЕКТРАЛЬНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ МИКРОСКОП Российский патент 2007 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к оборудованию для научных исследований, в частности к флуоресцентным микроскопам, предназначенным для получения изображения люминесцирующих объектов, точнее к люминесцентно-микроскопическому анализу объектов, обладающих флуоресценцией при освещении возбуждающим светом. Некоторые объекты, в частности биологические, содержащие органические соединения (например: срезы тканей, кровь, слюна, моча и т.д.), обладают свойствами флуоресценции, т.е. если их освещать мощным излучением в фиолетово-зеленой части спектра, то они начинают светиться в другой части спектра: зелено-красной. Так светятся защитные знаки на денежных купюрах при освещении их ультрафиолетовой лампой при проверке. Таким образом, флуоресценция дает дополнительную информацию об объектах, что важно для задач криминалистики, медико-биологической диагностики, химических исследований

В настоящее время для наблюдения люминесцирующих объектов применяются различные по конструкции устройства. В одном из них источником света служит мощная дуговая лампа или лампа накаливания. Свет от источника света с помощью системы линз направляется на объект, возбуждая его флуоресценцию. Свет флуоресценции объекта собирается объективом, который передает изображение объекта на детектор света, а именно в глаз при визуальном наблюдении, на фотопленку или ПЗС-камеру для регистрации изображения. Недостатком данной системы является необходимость применения в качестве источника света высокомощных ламп, которые дают свет в широкой области спектра, включая инфракрасную область, так что более 90% излучения лампы является паразитным и с ним необходимо бороться установкой специальных теплозащитных и интерференционных фильтров. Осветитель требует мощного источника питания, обычно располагающегося в отдельном блоке ("Каталог люминесцентных микроскопов фирмы LEITZ", 1977).

Известно также устройство, в котором возбуждение люминесценции объекта осуществляют лазером и регистрируют изображение люминесцирующего объекта с помощью ПЗС-камеры. Лазер помещается сбоку от образца и освещает его под углом Брюстера. Изображение образца создается с помощью двух одинаковых фотографических объективов, расположенных навстречу друг другу и передающих изображение объекта в масштабе 1:1. Особенностью данной схемы является то, что она необходима для создания параллельного пучка света между объективами, что позволяет расположить между ними интерференционный светофильтр. Вместе с тем эта схема резко ограничивает области применения системы и уменьшает ее чувствительность. Система дает увеличение 1:1 и позволяет анализировать объекты, размеры которых сопоставимы с размерами чипа ПЗС-камеры. Одним из недостатков системы является ее недостаточная чувствительность, что заставляет использовать длительные (порядка 10 минут) экспозиции при записи изображения. Увеличение экспозиции приводит к выцветанию образца во время анализа, а также требует охлаждения ПЗС-камеры жидким азотом (-196°С) для снижения темнового тока. Другой существенный недостаток системы вызван тем фактом, что луч лазера неоднороден в своем сечении, в результате чего разные места объекта освещаются с разной интенсивностью ("Fluorescence Array Detector for Large-Field Quantitative Fluorescence Cytometry" K.D.Wittrup, R.J.Westerman, R.J.Desai, Cytometry", v.16, p.206-213, 1994).

Задачей изобретения является повышение качества исследования объекта.

Поставленная задача достигается за счет того, что спектральный флуоресцентный микроскоп содержит лазер, зеркало, направляющее излучение лазера на исследуемый объект, установленные по ходу флуоресцентного излучения исследуемого объекта запирающий фильтр, не пропускающий излучение лазера, но пропускающий весь спектр флуоресцентного излучения исследуемого объекта, зеркало, поворачивающее излучение флуоресценции, перестраиваемый анализатор поляризации, акустооптический перестраиваемый фильтр изображений и цифровую камеру, связанную с компьютером, содержащим программные средства и средства хранения информации, выход которого связан со входами электронного блока управления акустооптическим перестраиваемым фильтром изображений и электронного блока управления перестраиваемым анализатором поляризации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 представлена блок-схема микроскопа,

на фиг.2 - спектр флуоресценции объекта после прохождения акустооптического перестраиваемого фильтра изображений,

на фиг.3 - спектры флуоресценции двух разных объектов после прохождения акустооптического перестраиваемого фильтра изображений.

Обозначения на фиг.1:

1 - Акустооптический перестраиваемый фильтр изображений

2 - CCD - цифровая камера

3 - Компьютер

4 - Электронный блок управления АО-фильтром

5 - Лазер

6 - Запирающий фильтр

7 - Исследуемый образец

8 - Микроскоп

9 - Перестраиваемый анализатор поляризации

10 - Электронный блок управления анализатором

11, 12 - Зеркало

В микроскопе не рассматривается визуально все излучение флуоресценции, а детально исследуется его спектр, т.к. используется акустооптический перестраиваемый фильтр 1 изображений, который выделяет только отдельные участки спектра флуоресценции, что позволяет получать более детальную информацию об объекте, так как у разных объектов разные формы спектров.

Излучение флуоресценции - очень слабое. В качестве осветителя для повышения яркости флуоресценции используется мощный лазер 5, работающий в сине-зеленой части спектра и эффективнее, чем лампа, возбуждающая спектр флуоресценции.

Чтобы мощное излучение лазера, отраженное от объекта, не мешало наблюдать слабое свечение флуоресценции объекта, нужно установить запирающий фильтр 6, который не пропускает излучение лазера, но пропускает весь спектр излучения флуоресценции.

Излучение флуоресценции характеризуется не только видом спектра, но и поляризацией, т.е. положением в пространстве плоскости колебаний электрического вектора света. Причем разные участки спектра флуоресценции могут иметь разные поляризации, что дает дополнительную информацию об исследуемом объекте. Поэтому для анализа поляризации излучения флуоресценции объекта перед акустооптическим фильтром 1 дополнительно установлен перестраиваемый анализатор поляризации 9.

Акустооптический перестраиваемый фильтр изображений 1 связан с электронным блоком управления 4, а перестраиваемый анализатор поляризации 9 связан с электронным блоком управления 10. Входы блоков управления 4 и 10 связаны с выходом компьютера 3, содержащим программные средства и средства хранения информации. Электронный блок управления акустооптическим фильтром 4 по сигналу компьютера 3 выдает управляющий сигнал (радиочастоту) для фильтра 1, при этом, когда по сигналу компьютера 4 меняется значение радиочастоты, то меняется световая длина волны настройки фильтра (1), пропуская тот или другой участок спектра флуоресценции исследуемого объекта.

Настройку анализатора поляризации 9 также меняется в зависимости от вида исследуемого объекта. Спектр флуоресцентного излучения с выхода фильтра 1 поступает через цифровую камеру 2 на монитор компьютера 3.

Микроскоп обеспечивает высокое качество исследования различных объектов.

Изобретение относится к оборудованию для научных исследований, в частности к флуоресцентным микроскопам, предназначенным для получения изображения люминесцирующих объектов, точнее к люминесцентно-микроскопическому анализу объектов, обладающих флуоресценцией при освещении возбуждающим светом. Спектральный флуоресцентный микроскоп содержит лазер, зеркало, направляющее излучение лазера на исследуемый объект, установленные по ходу флуоресцентного излучения исследуемого объекта запирающий фильтр, не пропускающий излучение лазера, но пропускающий весь спектр флуоресцентного излучения исследуемого объекта, зеркало, поворачивающее излучение флуоресценции, перестраиваемый анализатор поляризации, акустооптический перестраиваемый фильтр изображений и цифровую камеру, связанную с компьютером. Выход компьютера связан со входами электронного блока управления акустооптическим перестраиваемым фильтром изображений и электронного блока управления перестраиваемым анализатором поляризации. Технический результат - повышение качества исследования объектов. 3 ил.

Спектральный флуоресцентный микроскоп, содержащий лазер, зеркало, направляющее излучение лазера на исследуемый объект, установленные по ходу флуоресцентного излучения исследуемого объекта запирающий фильтр, не пропускающий излучение лазера, но пропускающий весь спектр флуоресцентного излучения исследуемого объекта, зеркало, поворачивающее излучение флуоресценции, перестраиваемый анализатор поляризации, акустооптический перестраиваемый фильтр изображений и цифровую камеру, связанную с компьютером, содержащим программные средства и средства хранения информации, выход которого связан со входами электронного блока управления акустооптическим перестраиваемым фильтром изображений и электронного блока управления перестраиваемым анализатором поляризации.