【实验目的】

利用LED光源照射涂有荧光染料的生物组织切片样品，以激发其荧光，通过后续光路对激发出的荧光和反射的杂散光进行处理，得到高质量的生物组织荧光成像微观结构图像，并用光谱仪同步采集分析激发荧光的光谱成分。

 

【原理概述】

基于 Dimension-Labs 全球化一站式光电服务平台的能力，结合多种光机件、光学元件与光电设备，可对荧光成像与光谱采集系统进行光路层面的功能拓展与优化。本系统采用30mm笼式系统组件，为光路中多个功能部件的安装与调试提供了良好的共轴基础，便于后续调节成像效果与进行空间光耦合操作。针对弱激发荧光下的低光条件，系统通过优化光源准直与成像光路，并加入窄带滤光片以有效滤除反射的LED杂散光，从而提升系统整体信噪比。

 

采用 Dimension-Labs 产品的系统具备以下特点：

• 具备场曲校正功能，确保经物镜成像后为平面视场，图像边缘清晰，无需重复调焦，有效提升边缘成像质量；
• 响应速度快，可在微秒级别获取相关参数，信噪比高，软件同步评估激发荧光参数；
• 具备高灵敏度、宽动态范围与低噪声特性，软件交互友好，支持二次开发；
• 采用全光学测量设计，避免机械接触损伤样品，可适用脆弱样品； 
• 光学组件灵活可变，功能可拓展，操作简便，便于集成至系统中实现实时在线分析；

 

 

图（1）荧光成像与光谱采集系统实物与简示图

功能及组件介绍：

1、在原系统使用的激光光源基础上，改为使用发散角相比激光较大的405 nm LED光源，并增加笼板光阑以此来模拟点光源，由带磁力底座压板接杆筒、光学接杆、螺纹固定式光学调整架、转接件、笼板光阑以及405 nm LED点状光源组成；

2、在光源光阑后的光路上增加准直透镜，配合笼板和透镜套筒等组件用以准直发散的光源光，初步准直后的光源光会通过由聚焦镜、可调光阑和装有反射镜的可调直角安装座组成的光轴调节系统来反射并调整聚焦后光源光的光轴，最后通过可调光阑和准直镜片准直已聚焦的光源光，完成此光源光路系统调整光源光束光轴并控制光束准直度的目的，由带磁力底座压板接杆筒、接杆、笼板、笼杆、透镜套筒、笼式直角调整架和平面反射镜(Ag)组成；

3、夹持本实验购买的荧光染料生物切片样品，且能通过位移台给予样品水平位移，由接杆筒、水平位移台、光学接杆、滤光片安装座以及待测样品组成；

4、将405 nm准直光聚焦于待测样品表面，并收集来自样品激发的荧光信号，将样品图像放大10X，由笼板、接杆、接杆筒、笼杆以及显微物镜组成；

5、反射405 nm准直光并透射来自 3 激发的荧光信号，由带磁力底座压板接杆筒、光学接杆、笼式标准立方体、45°反射镜安装座、标准立方体二维倾斜可调平台和长波通二向色镜组成；

6、在原基础系统的成像及光谱采集光路上，增加窄带滤波片，用以滤除不需要的光成分，提高系统信噪比，由笼板、笼杆、窄带滤波片组成；

7、将样品激发的荧光分束分别用以荧光成像与光谱分析，由带磁力底座压板接杆筒、光学接杆、笼式标准立方体、45°反射镜安装座、标准立方体二维倾斜可调平台和分光片组成；

8、由原系统的光学镜头成像方式，改为聚焦镜加笼式系统组件的方式，手动调节光路，对空间传输的荧光聚焦成像，由磁力底座压板接杆筒、光学接杆、笼杆，可调透镜套筒，聚焦镜、透镜套筒和短波红外相机组成；

9、接收来自 7 分束的荧光信号，并通过调整透镜及笼式系统组件，将空间光耦合至接有制冷式光纤光谱仪的多模光纤中，由带磁力底座压板接杆筒、光学接杆、笼杆、透镜套筒、可调式透镜套筒、笼式直角调整架、平面反射镜(Ag)、螺纹固定式光学调整架、光纤接头转接件和制冷式光纤光谱仪组成。

 

  【主要实验用具】

 

 

 

  【实验数据】

 

图（2）荧光成像与光谱采集测试数据

 

本实验基于优化后的系统，完成了荧光成像与光谱采集测试，以上是基于该系统的荧光成像与光谱采集测试数据。系统采用405 nm LED光源，成功激发了中心波长位于506 nm的涂有荧光染料样品的荧光。通过十倍放大成像，可清晰观察到菠菜叶片切片样品的微观生物组织结构。

 

该系统中基于LED光源的准直光路设计，有助于使用者熟悉和掌握光路调节方法。系统组合使用了Dimension-Labs提供的光纤光谱仪，用户可根据样品荧光特性选配适当型号，以满足宽波段、高精度的光谱测量需求。