一种用于正置显微镜的显微分选装置

1.本实用新型涉及一种用于正置显微镜的显微分选装置，属于显微分选技术领域。


背景技术：

2.根据成像原理不同、成像技术不同、观测方式不同等依据，显微镜可以分为以下几种不同类型。根据成像原理的不同，显微镜可大致分为：光学显微镜，电子显微镜，以及扫描探针显微镜三大类。光学显微镜使用可见光进行照明，用光学透镜进行聚焦，人眼或者ccd/cmos相机进行观察。光学显微镜根据成像技术，可以分为普通宽场成像、全内反射荧光、共聚焦等以下几类：(1)普通宽场成像(wide field)：光学显微镜最基本的成像光路。(2)全内反射荧光(tirf)：利用光在介质界面发生全反射，在表面形成倏逝波的特性，只对样品表面200nm左右深度内进行成像，隔绝来自焦外光线的干扰。(3)共聚焦(confocal)：利用空间针孔对焦外光线进行隔绝，对样品进行逐点扫描成像，大大提高z轴分辨率。根据显微物镜布置位置的不同，光学显微镜又可以分为正置显微镜与倒置显微镜。两者的区别在于物镜与载物台的相对位置不同：(1)正置显微镜物镜转换盘朝向是向下的，载物台在物镜下方，当观察物体时，把被观察物放于载物台，物镜从上方靠近载玻片进行观察，工作距离比较短，适合观察切片等样品。(2)倒置显微镜的物镜是向上的，载物台在物镜上方，其工作距离长，适合观察活培养皿里的体细胞等样品。(3)目前也有兼具正置和倒置显微镜的两者优势的正倒置一体显微镜，可以非常便利地通过旋转实现正倒置配置切换。
3.然而，目前在显微镜的实际观测使用过程中，若想获得感兴趣的目标细胞，并没有合适、便捷的解决方案。目前只要有一下几种方法：1、可以通过毛细管对显微镜下的样品进行显微操作，但显微操作耗时耗力，并且对操作者技术要求较高。2、尽管有商业化的自动化显微操作装置，但成本高昂。3、目前已有的单细胞分选仪、单细胞显微分选方法等均为独立的设备，难以在现有的显微镜系统上进行扩展。
4.综上分析，现有技术方案无法充分满足研究需求，无法在现有的显微镜系统上进行扩展，实现通过显微镜下观察、检测到的大小、形态、荧光信号或其他参数有差异的细胞进行精准、便捷的分选。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种用于正置显微镜的显微分选装置，可以根据显微镜观测结果来判别细胞，并通过激光弹射技术实现精准显微分选。
6.为了依据已有显微镜的观测结果，将目标样品精准、非损伤地从复杂的混合样本中筛选出来，本实用新型采用基于激光的显微弹射分选技术，提供了一种用于正置显微镜的显微分选装置。
7.本实用新型提供的用于正置显微镜的显微分选装置包括激光弹射部件(包括激光器)、三维微动调节平台、弹射分选放样芯片、分选收集部件、显微物镜和光路转接耦合部件；
8.所述激光弹射部件设于所述弹射分选放样芯片的上部，所述分选收集部件和所述显微物镜设于所述弹射分选放样芯片的下部；
9.所述三维微动调节平台与所述激光弹射部件连接，实现对所述激光弹射部件位置的调节，可以在x，y，z三个方向进行调节；
10.通过所述光路转接耦合部件将一正置显微镜的光路引入至所述显微分选装置中，实现对所述弹射分选放样芯片上样品的观察和分选。
11.上述的显微分选装置中，所述弹射分选放样芯片为一载玻片，所述载玻片上镀有金属薄膜，具体可为50～500nm的铂金薄膜，优选200nm。
12.上述的显微分选装置中，所述分选收集部件和所述显微物镜通过螺纹连接于一转接模块物镜转盘，所述转接模块物镜转盘可转动，切换所述显微物镜用于成像观察、所述分选收集部件用于接收弹射掉的细胞。
13.上述的显微分选装置中，所述光路转接耦合部件包括反射镜ⅰ、转换透镜ⅰ、转换透镜ⅱ和反射镜ⅱ；
14.通过所述反射镜ⅰ、所述转换透镜ⅰ、所述转换透镜ⅱ和所述反射镜ⅱ的依次配合，实现对光路的转换，即使得所述显微物镜所观察到的图像通过转接进入商用显微镜中，通过这种方式将光路引到显微分选装置中，将商用正置显微镜转换为倒置显微镜。
15.上述的显微分选装置中，所述转接模块物镜转盘通过螺纹连接安装于所述反射镜ⅰ的安装口上；
16.所述转换透镜ⅰ通过螺纹连接于所述反射镜ⅰ上；
17.所述反射镜ⅱ通过螺纹连接于一物镜转盘上，所述转换透镜ⅱ通过螺纹连接于所述反射镜ⅱ上。
18.上述的显微分选装置中，所述转换透镜ⅰ和所述转换透镜ⅱ的焦距均为25～250mm，优选100mm；
19.所述转换透镜ⅰ与所述转换透镜ⅱ之间的间距为50～500mm，优选为200mm。
20.本实用新型利用光路转接耦合部件实现光路的转换，再结合激光弹射部件、三维微动调节平台、弹射分选放样芯片和分选收集部件，可以利用商用显微镜的成像分析功能，根据显微镜下观察、检测到的样品大小、形态、荧光信号或其他参数，实现精准、便捷的显微分选。
21.显微弹射分选技术是单细胞研究的创新工具和有力武器，其原理为：应用激光与物质相互作用的原理，非接触性地对附着在芯片上的目标样品进行弹射，将其从复杂的生物样本中精准分离至收集器中，从而实现直观、准确的显微分离。相比于传统的显微分离技术，显微弹射分选技术具有无标记、可视化、准确率高等优势。同时，显微弹射分选技术可以保留细胞的原始状态，尽最大可能减少细胞的损伤，更适合分选后对样品进行测序、培养等后续研究，具有广泛的应用前景。
22.基于显微弹射分选技术，本实用新型在现有显微镜系统上进行改进，提供了一种用于正置显微镜的显微分选装置，通过光路转接耦合部件，用于将光路引到显微分选装置中。根据显微镜下观察、检测到的样品大小、形态、荧光信号或其他参数，进行样品的显微分选、接收，同时也不影响原有显微镜的正常功能使用。
23.本实用新型显微分选装置可以与现有的各种正置显微镜相连接，依据已有显微镜
的观测结果，将大小、形态或其他参数有差异的目标样品精准、非损伤地从复杂的混合样本中筛选出来，具体可按照如下步骤进行：
24.1、将待分选的样品加在所述弹射分选放样芯片上；
25.2、通过光路转接，将光路引到显微分选装置中；
26.3、通过显微镜对样本进行分析；
27.4、根据分析结果选择有差异的目标细胞；
28.5、目标细胞移动到显微镜视野中心，即弹射光斑所在位置；
29.6、根据样品大小等信息，通过控制软件，调节合适的激光能量；
30.7、通过控制软件，触发激光弹射部件对该细胞进行弹射分选；
31.8、用配套的分选收集部件接收该目标细胞；
32.9、收集到的样品可用于测序、培养等后续研究。
33.本实用新型显微分选装置可以与现有的各种正置显微镜相连接，可实现根据显微观测结果对复杂生物样品中单细胞的精准分选，扩展了现有的显微镜系统的应用范围。
附图说明
34.图1为本实用新型用于正置显微镜的显微分选装置的结构示意图。
35.图2为本实用新型用于正置显微镜的显微分选装置中光路转接耦合部件的结构示意图。
36.图中各标记如下：
37.1激光弹射部件、2三维微动调节平台、3弹射分选放样芯片、4分选收集部件、5光路转接耦合部件、6显微物镜、7正置显微镜、8转接模块物镜转盘、9反射镜ⅰ、10转换透镜ⅰ、11转换透镜ⅱ、12反射镜ⅱ、13物镜转盘。
具体实施方式
38.下面结合附图对本实用新型进行进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
39.如图1所示，为本实用新型用于正置显微镜的显微分选装置的结构示意图，具有细胞弹射分选功能，结构如下：
40.包括激光弹射部件1、三维微动调节平台2、弹射分选放样芯片3、分选收集部件4、显微物镜6和光路转接耦合部件5，其中，激光弹射部件1设于弹射分选放样芯片3的上部，用于产生并控制激光，该激光作用与弹射分选放样芯片3相互作用产生向下的推力，弹射细胞，分选收集部件4和显微物镜6设于弹射分选放样芯片3的下部，弹射分选放样芯片3为一普通载玻片，其上镀有一层200nm的铂金薄膜，该薄膜可与激光产生相互作用，分选收集部件4用于接收弹射下来的细胞。三维微动调节平台2与激光弹射部件1连接，实现对激光弹射部件1在在x、y、z三个方向上的调节，使其出射光斑准确聚焦到弹射分选放样芯片3指定位置，从而实现弹射分选功能。通过光路转接耦合部件5将正置显微镜7的光路引入至该显微分选装置中，在不影响原有功能正常使用的情况下，实现对弹射分选放样芯片3上样品的观察和分选。
41.具体地，光路转接耦合部件5的结构如图2所示，分选收集部件4和显微物镜6通过
螺纹连接于一转接模块物镜转盘8上，该转接模块物镜转盘8可转动，切换显微物镜6用于成像观察、分选收集部件4用于接收弹射掉的细胞。光路转接耦合部件5包括反射镜ⅰ9、转换透镜ⅰ10、转换透镜ⅱ11和反射镜ⅱ12，具体地，转接模块物镜转盘8通过螺纹连接安装于反射镜ⅰ9的安装口上，转换透镜ⅰ10通过螺纹连接于反射镜ⅰ9上，反射镜ⅱ12通过螺纹连接于一物镜转盘13上，转换透镜ⅱ11通过螺纹连接于反射镜ⅱ12上，其中，转换透镜ⅰ9、转换透镜ⅱ10的焦距均为100mm，二者之间距离通过安装固定在200mm，通过反射镜ⅰ9、转换透镜ⅰ10、转换透镜ⅱ11和反射镜ⅱ12的依次配合，实现对光路的转换，即使得显微物镜6所观察到的图像通过转接进入商用正置显微镜7中，通过这种方式将光路引到显微分选装置中，将商用正置显微镜转换为倒置显微镜。
42.通过软件控制，利用本实用新型显微分选装置在对待测样品完成显微成像及数据处理后，对大小、形态、荧光信号或其他参数有差异的目标样品实行显微分选、接收，用于后续培养与研究，具体可按照下述步骤进行：
43.1、待测样品滴加到弹射分选放样芯片3上，翻转芯片，样品朝下，将弹射分选放样芯片放置到放样台上；
44.2、通过光路转接耦合部件5，将光路引到显微分选装置中，并对光路进行校准；
45.3、选择合适放大倍数的显微物镜6，安装在转接模块物镜转盘8盘上，并将分选收集部件4安装在转接模块物镜转盘8上其他位置；
46.4、转动转接模块物镜转盘8，使显微物镜6对准待测样品，进行观测；
47.5、调节三维微动调节平台2中的z轴，使得激光对准样品平面聚焦；
48.6、调节三维微动调节平台2中的xy轴，使得激光聚焦位置在显微镜视野中心，方便后面分选；
49.7、根据观测到的样品大小、形态、荧光信号或其他参数的变化情况，选择需要分选的目标细胞；
50.8、通过移动弹射分选放样芯片3，将目标细胞移动到显微镜视野中心(弹射光斑所在位置)；
51.9、转动转接模块物镜转盘8，使分选收集部件4位于样品正下方；
52.10、不同的细胞种类，其形态、大小不尽相同，其质量和重心也有所差别。通过控制软件，调节合适的激光能量，以便在不损伤细胞又能成功弹射的情况下进行精准分选；
53.11、通过控制软件，触发弹射激光，启动显微分选；
54.12、通过分选收集部件4接收弹射出来的目标细胞，完成一次显微分选；
55.13、转动转接模块物镜转盘8，使显微物镜6位于样品正下方；
56.14、调节三维微动调节平台2中的xy轴，再继续进行其他目标细胞的显微分选；
57.15、接收到的目标细胞可进行测序、培养等后续研究。
58.本实用新型显微分选装置可以与目前市面上普遍应用的正置显微镜配合使用，实现根据显微观测结果的精准、便捷分选，为现有的正置显微镜拓展了更广泛的应用；也可以与各种荧光显微镜相连接，实现基于叶绿素荧光、gfp、dapi等荧光信号的显微分选。该装置可以用于突变体筛选、基因或蛋白质功能、新种发现等研究领域。

技术特征：
1.一种用于正置显微镜的显微分选装置，其特征在于：所述显微分选装置包括激光弹射部件、三维微动调节平台、弹射分选放样芯片、分选收集部件、显微物镜和光路转接耦合部件；所述激光弹射部件设于所述弹射分选放样芯片的上部，所述分选收集部件和所述显微物镜设于所述弹射分选放样芯片的下部；所述三维微动调节平台与所述激光弹射部件连接，实现对所述激光弹射部件位置的调节；通过所述光路转接耦合部件将一正置显微镜的光路引入至所述显微分选装置中，实现对所述弹射分选放样芯片上样品的观察和分选。2.根据权利要求1所述的显微分选装置，其特征在于：所述弹射分选放样芯片为一载玻片，所述载玻片上镀有金属薄膜。3.根据权利要求1或2所述的显微分选装置，其特征在于：所述分选收集部件和所述显微物镜通过螺纹连接于一转接模块物镜转盘，所述转接模块物镜转盘可转动。4.根据权利要求3所述的显微分选装置，其特征在于：所述光路转接耦合部件包括反射镜ⅰ、转换透镜ⅰ、转换透镜ⅱ和反射镜ⅱ；通过所述反射镜ⅰ、所述转换透镜ⅰ、所述转换透镜ⅱ和所述反射镜ⅱ的依次配合，实现对光路的转换。5.根据权利要求4所述的显微分选装置，其特征在于：所述转接模块物镜转盘通过螺纹连接安装于所述反射镜ⅰ的安装口上；所述转换透镜ⅰ通过螺纹连接于所述述反射镜ⅰ上；所述反射镜ⅱ通过螺纹连接于一物镜转盘上，所述转换透镜ⅱ通过螺纹连接于所述反射镜ⅱ上。6.根据权利要求5所述的显微分选装置，其特征在于：所述转换透镜ⅰ和所述转换透镜ⅱ的焦距均为25～250mm；所述转换透镜ⅰ与所述转换透镜ⅱ之间的间距为50～500mm。

技术总结
本实用新型公开了一种用于正置显微镜的显微分选装置。所述显微分选装置包括激光弹射部件、三维微动调节平台、弹射分选放样芯片、分选收集部件、显微物镜和光路转接耦合部件；激光弹射部件设于弹射分选放样芯片的上部，分选收集部件和所述显微物镜设于弹射分选放样芯片的下部；三维微动调节平台与激光弹射部件连接，实现对激光弹射部件位置的调节；通过光路转接耦合部件将一正置显微镜的光路引入至显微分选装置中，实现对弹射分选放样芯片上样品的观察和分选。本实用新型显微分选装置可以与现有的各种正置显微镜相连接，可实现根据显微观测结果对复杂生物样品中单细胞的精准分选，扩展了现有的显微镜系统的应用范围。扩展了现有的显微镜系统的应用范围。扩展了现有的显微镜系统的应用范围。


技术研发人员：尹燕 梁鹏 田利金 唐为江 王丽 张春艳
受保护的技术使用者：中国科学院植物研究所
技术研发日：2021.09.26
技术公布日：2022/3/8