基于抛物反射镜的无阴影照明型穿透深度可调TIRF装置研究

发布时间：2020-06-13 04:36

【摘要】：全内反射荧光显微成像利用倏逝波对荧光样品进行照明,由于倏逝波强度在轴向成指数衰减,因此极大抑制了离焦部分荧光分子激发,从而能够获得很高的图像信噪比和对比度,故在单分子荧光成像、表面生物化学、细胞动力学等领域有着广泛的应用。然而在现行方案中,棱镜型方案入射角调整范围大但由于单向照明引入照明阴影和干涉条纹影响成像质量,而物镜型方案可解决单向照明问题但入射角调整范围受物镜结构限制影响实验效果。本课题针对传统方案中单向照明问题和入射角调整范围不能兼顾的问题,开展了将大数值孔径的抛物面反射镜引入全内反射荧光成像系统的研究,利用抛物反射镜的回转对称性实现了空间域上的包含各向分量的光锥照明解决了单向照明问题,同时借助抛物反射镜大数值孔径的特点实现了入射角度的大范围调整,从而同时兼顾了多向无阴影照明和入射角度大范围可调的目的。主要研究内容如下:(1)在经典电磁理论的框架下推导了全反射倏逝波的传播方式及传播特性,并研究了倏逝波的偏振情况,给出了电矢量平行于入射面和垂直于入射面情况下介质界面处倏逝波强度与入射角的变化关系,为本课题研究提供理论支持。(2)提出了基于凹型锥面反射镜和凸面锥形反射镜的一种新型半径可精细调节的环形光发生光路,并以此为基础提出了基于抛物反射镜的无阴影照明型穿透深度可调的新型全内反射荧光显微成像装置,同时实现了多向无阴影照明和入射角度大范围(65°到近90°)可调。(3)根据对基于抛物反射镜的无阴影照明型穿透深度可调全内反射荧光成像系统的照明方式进行建模分析,给出了多角度入射对倏逝波穿透深度影响的分析。并且研究了一种穿透深度测量方法,以获得倏逝波轴向的强度分布信息和实现穿透深度的标定。(4)将抛物反射镜应用到全内反射荧光成像系统的具体实现方案进行研究和设计,并搭建基于抛物反射镜的无阴影照明型穿透深度精密可调成像系统,完成了折射率匹配液的制备,从而抑制了全内反射荧光图像中散射干扰的影响,并对无阴影照明和穿透深度可调效果进行了实验验证,最终倏逝波场穿透深度调整分辨率(以入射角变化量计)能够优于0.2°。
【图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士论文强而成本较低，并且 TIRF 作为一种“宽视场”技术，无需采用共焦成像描方式即可成像，不受扫描系统硬件或图像重建软件的速度限制，因此具成像速度。虽然 TIRF 不能像多光子成像技术一样深入观察厚细胞样品，够在基底接触区域以高对比度显示荧光标记的细胞膜亚结构，用于照明的穿透深度可以达到几百纳米，，因此该技术特别适合于研究细胞膜或者附近区域单分子的动态成像过程。图 1-1 是带有绿色荧光蛋白（GFP）的瘤细胞在落射照明条件和 TIRF 条件下的成像对比图。

- 5 -装置，实现图像伪影的消除、对比度的增强，以及轴向到国家自然科学基金面上项目“椭球反射大孔径双通照法与理论”和横向课题“具有 DIC 与 TIRF 功能的荧光。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH74

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本文编号：2710656