目前针对纳米尺度的生物医学研究,如何快速、准确、友好、高效地获取研究对象高特异性、高灵敏度、高空间分辨、高时间分辨、高通量、多参数的信息是商品化成像与传感光学仪器所面临的关键性问题。
南开大学现代光学研究所微纳光学实验室以显微成像的超高分辨率、传感检测的超高灵敏度、拉曼光谱增强效应等传统研究领域以及表面等离激元(SPP)等新一代光学手段为基础的研究工作为动态全光控表面等离激元新型高性能多参量光学显微镜的开发提供原创设计思想与关键核心技术和方案。显微成像、传感检测、拉曼光谱三个功能单元分别针对各研究领域中视觉化形貌分析、实时动态监测、成分甄别和量痕分析的需求,通过不同参量全方位、多角度地提供研究对象的详细信息,借助信息互补构建对研究对象的立体认知。针对生物医学研究需求结合在超高分辨率宽场成像、超高灵敏度高通量传感、超高增强拉曼光谱技术的工作基础开发集超高分辨率宽场成像、超高灵敏度高通量传感、超高增强拉曼光谱于一体的新型高性能多参量光学显微术,并将此实验系统仪器化,研发我国具有自主知识产权的光学科研仪器,对于纳米尺度的生物活体细胞、分子开展分析实时动态研究具有重要意义,在国际上具有重大的市场发展潜力。
采用本仪器可实现参数如下
成像单元:基于倒置显微平台的表面等离子体驻波宽场显微,利用50fs脉宽Titanium Sapphire laser作为激发源,采用表面等离子体相移特性实现宽场高分辨成像。测量可达到:
分辨率:《170nm,单个细胞具有约3500个成像点,并且无需扫描
测量纵向范围:《200nm(受制于表面等离子体特性,但对于生物细胞,由于很多重要的生物物理性质发生在细胞膜表面,故仍具有重要的应用价值)
传感:基于倒置显微平台的表面等离子体传感,采用波列压缩的技术,得到部分径向偏振光,实现高灵敏度和大动态范围的差分传感检测。测量可达到:
入射角度范围为:0-80.7度
折射率范围:1 – 1.41 RIU,细胞的折射率类似水溶液,约为1.331RIU
流动池体积: 50 – 100 µl
灵敏度: 10-6 RIU/0.1°细胞表面特异性物质多少决定了细胞的表面折射率
误差偏离:0.1°
拉曼: 针对本仪器的拉曼增强模块中将微流控技术和SERS相结合实现的拉曼增强。利用扫描平台实现二维平面扫描测量和拉曼分子定位。
拉曼信号增强因子:108,此增强倍数意味着接近于分子的荧光信号强度
分子定位精度:1nm
纵向场测量:集成化的RamanSNOM系统的纵向场测量精度:50nm以下。同时可实现细胞形貌的测量。
时间特性:基于倒置显微平台的表面等离子体时间分辨,采用外差频率分辨技术,实现表面等离子体的时间特性分析。检测可达到:
最小信号强度:
再现算法误差:<0.002
最小信号时间分辨:《10fs
综合以上参数对于细胞表面特定蛋白质可以实现定性,定量,定行,定貌的测量,对于生物细胞研究将具有重要意义。