一种用于iPALM显微镜的三维自动超低温样品台的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种用于干涉光激活定位(iPALM)显微镜的生物样品定位与保存装置。
【背景技术】
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[0002]生命科学是二十一世纪最重要的研究领域之一。生命奥秘的一个重要现象是纳米尺度生物分子机器复杂的结构及其神奇高效的功能。研究物质的微观结构离不开显微镜，但是传统的光学显微镜分辨率只有200纳米左右，仅适于观察亚微米至毫米尺度物质结构。电子显微镜具有很高的放大倍数，理想状态下甚至可以观测原子的排列组合情况，也就是分辨率可达亚纳米水平。然而电子显微镜却不能够识别微小结构的属性，而且用于观测几纳米至几十纳米结构时成像质量并不理想。为了填补纳米尺度结构观测技术空白，近年来国际上陆续诞生了借助荧光探针标记成像的超高分辨荧光显微镜，如染料光激活定位显微镜PALM，干涉式染料光激活定位显微镜iPALM，全内反射显微镜TIRFM，随机光学重构显微镜STORM等，它们的高分辨率和荧光探针标记识别功能极大地促进了生命科学研究进展。其中iPALM显微镜又具有分辨率高以及能够三维定位的优点，尤其得到重视，最近呈现出与电子显微镜整合联用的发展趋势。
[0003]但是iPALM与电子显微镜联用观测生物样品存在一个巨大技术障碍，就是没有适用的商品化生物样品台。满足要求的样品台需要具备以下功能:一是能够将样品温度控制在-150°C以下；二是能够夹持载有生物样品的电镜铜网；三是能够将铜网放置在两个显微物镜之间不足4毫米的间隙；四是可以对样品位置进行XY方向微米级和Z向纳米级调节。目前，只有商品化的用于单物镜PALM显微镜的低温样品台和常温样品台。
【发明内容】
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[0004]本发明要解决的问题在于将载有生物样品的铜网置于双物镜间的间隙并使其温度保持在-150°C以下，同时可以对样品位置进行XY方向微米级和Z向纳米基调节。为解决上述技术问题，本发明采用液氮冷却铜冷芯及其上面的生物样品，采用真空环境及绝热材料阻断外界热量的传入进行控温，将冷却部件和生物样品固定部件安装在压电陶瓷精密XYZ位移台上，并将其中一个物镜通过纳米精度Z向可调基座安装到物镜支架上。为解决伸入真空室内部的液氮管需要随位移台一起做XYZ运动问题，采用冷却铜管两端焊接不锈钢波纹管技术。生物样品的加载和转移使用专门设计的样品杆，保证样品处于低温状态。此夕卜，为了便于调节两个显微物镜的同轴度，采用高精度丝杆校准物镜支架的装配。
【附图说明】
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[0005]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0006]图1是三维自动超低温样品台纵向剖面图。
[0007]图2是样品杆结构示意图。
[0008]图3是液氮管结构轴向剖面示意图。
[0009]图4是冷芯结构示意图。
[0010]图5是显微物镜安装校准支架纵向剖面图。
【具体实施方式】
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[0011]附图1所示三维自动超低温样品台包括调平地脚1、真空盒2、支架3、定位套4、Z位移台5、隔热垫片6、真空盒盖7、调节丝杆8、悬臂9、挂架10、光学窗口 11、物镜12、Z向可调基座13、隔热垫片14、挂架15、样品杆16、密封塞17、定位套18、物镜19、XY位移台20、隔热腿21、地脚螺栓22、真空嘴23、物镜基座24、光学窗口 25、液氮管26、冷芯27、隔热腿28组成。
[0012]调平地脚I由金属或非金属制成，三只分别安装在样品台底面三个角位置，通过螺纹配合调节旋进长度，用于支撑和调平样品台。
[0013]真空盒2由金属制成，为长方形结构，内部底面为安装平面，支架3、隔热腿21和隔热腿28均安装在此平面，平面上安装螺孔皆为盲孔。安装平面有一通孔借助光学窗口 25允许光线出入。真空盒2顶部为法兰，法兰上有螺栓紧固孔，法兰上表面开有安装真空密封圈的沟槽。真空盒2四个侧面分别开有液氮管26的进出孔、样品杆16进出孔和电线穿壁孔，其中样品杆16进出孔为外大内小的锥形孔。在真空盒2的底部或侧面有一真空嘴23的安装通孔。
[0014]支架3由金属制成，L形结构,与调节丝杆8、悬臂9和物镜基座24沟通构成物镜安装校准支架。
[0015]定位套4由金属或非金属制成,通过长度确定XY位移台20与Z位移台5之间距离。
[0016]Z位移台5为压电陶瓷驱动位移台，中间方孔尺寸不小于70毫米，最大行程不小于150微米，分辨率优于5纳米，重复定位精度优于I纳米，承受载荷不小于100牛顿，通过螺钉安装在XY位移台20上面。
[0017]隔热垫片6由低导热系数非金属材料制成，用于减少外界热量通过Z位移台5和挂架10传向冷芯27。优选地，采用酚醛泡沫或泡沫玻璃或泡沫陶瓷制造。
[0018]真空盒盖7由金属或非金属制成，周边靠近边缘加工有通孔用于通过螺栓装配到真空盒2上，中间位置通孔与光学窗口 11配合允许光线出入。
[0019]调节丝杆8由铜合金制成，用于调节悬臂9相对于支架3的位置，进而通过Z向可调基座13调节物镜12与物镜19之间的间隙。
[0020]悬臂9由金属或非金属制成，L形结构，用于安装Z向可调基座13的螺孔规格为Μ25Χ0.75。
[0021]挂架10由金属或非金属制成，截面为L形，两面分别通过螺钉与Z位移台5和冷芯27装配。
[0022]光学窗口 11由高透光度光学玻璃制成，厚度不小于3毫米，表面镀有增透膜和保护膜。
[0023]物镜12为国际标准接口(Μ4/5 " X 1/36 " ) 100 X物镜，工作距离3-4毫米。
[0024]Z向可调基座13为压电陶瓷位移台，与悬臂9装配外螺纹为Μ25 X 0.75，与物镜12装配内螺纹为M4/5" X 1/36"，行程不小于250微米，分辨率优于3纳米，运动方向拉力载荷不小于20牛顿。
[0025]隔热垫片14由低导热系数非金属材料制成，用于减少外界热量通过Z位移台5和挂架15传向冷芯27。优选地，采用酚醛泡沫或泡沫玻璃或泡沫陶瓷制造。
[0026]挂架15由金属或非金属制成，截面为L形，两面分别通过螺钉与Z位移台5和冷芯27装配。
[0027]样品杆16由导热性好的纯金属或合金制成，优选地，采用纯铜或铜合金。样品杆16的详细结构如附图2所示:右端为圆柱形，端面有螺钉安装孔；中间段为半圆柱形，两个通孔相距10-20毫米，直径3-5毫米，用于镊子夹持；左端为厚2-4毫米平板状，平板中间为宽度2.5毫米通孔，通孔上沿有深和宽均约0.5毫米的台阶。U形弹簧片30通过螺丝或柱销固定在样品杆16上，用于压住电子显微镜样品铜网29。
[0028]密封塞17由具有较大弹性变形量的非金属材料制成，优选地，采用硅橡胶或聚四氟乙烯。
[0029]定位套18与定位套4结构尺寸相同，由金属或非金属制成，通过长度确定XY位移台20与Z位移台5之间距离。
[0030]物镜19与物镜12型号相同，接口 M4/5" X 1/36"，100X，工作距离3-4毫米。
[0031]XY位移台20由压电陶瓷电动机驱动，中间方孔不小于70毫米，行程不小于20毫米，分辨率优于0.5微米，承载力不小于50牛顿。XY位移台20通过隔热腿21安装在真空盒2的内侧底面上。
[0032]隔热腿21由低导热和耐低温非金属材料