CZ33320U1 - Zařízení pro vytvoření laserové pinzety připojitelné k ramanovskému mikroskopu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro vytvoření laserové pinzety, které umožňuje snadné připojení laserové pinzety o požadované vlnové délce do optické cesty ramanovského mikroskopu. Předkládané technické řešení se tedy týká adaptéru, který může být lehce připojen, případně odpojen, mezi mikroskopový objektiv a tělo mikroskopu a umožní využít všech výhod optické pinzety a současně zachovává většinu původních funkcí ramanovského mikroskopu.

Dosavadní stav techniky

V posledních několika desetiletích došlo k velkému rozvoji využívání Ramanovy spektroskopie a to na přístrojích jak komerčně dostupných, tak sestrojených v laboratoři. Samotný ramanovský přístroj neumožňuje využití optické pinzety.

Optická pinzeta slouží k manipulaci a fixaci malých objektů, jako jsou např. buňky.

Existuje zde tedy potřeba vytvoření adaptéru, který by umožňoval zkombinovat funkce ramanovského přístroje a optické pinzety.

Podstata technického řešení

Výše uvedený úkol je vyřešen zařízením pro vytvoření laserové pinzety připojitelné k ramanovskému mikroskopu, které obsahuje:

- pouzdro, které obsahuje otvor pro optické propojení s objektivem, k němu protilehle uspořádaný otvor pro optické propojení s tělem mikroskopu a v boční stěně pouzdra uspořádaný otvor pro připojení invarového tělesa,

- nosič, na kterém jsou v dutině pouzdra navzájem kolmo uspořádána dichroidní zrcadlo a skleněné okénko,

- invarové těleso s průchozí dutinou, které je jedním koncem upevněné v otvoru v boční stěně pouzdra a jehož druhý konec je opatřený konektorem pro připojení optického vlákna,

- čočku uspořádanou přesuvně ve směru své optické osy v invarovém tělese, přičemž konektor, invarové těleso a čočka jsou uspořádány navzájem koaxiálně, jejich osa prochází dichroidním zrcadlem, svírá s ním úhel 45° a je kolmá ke společné ose otvoru pro optické propojení s objektivem a otvoru pro optické propojení s tělem mikroskopu.

Výhodné provedení zařízení dále obsahuje stavěči matici pro posuv čočky v invarovém tělese a tubus, ve kterém je uložena čočka, a který je uložený v invarovém tělese a na své vnější straně opatřený kolíčky, přičemž stavěči matice je navléknuta na invarovém tělese, a kolíčky tubusu procházející skrz podélné průchozí otvory v invarovém tělese a jsou v záběru s drážkou stavěči matice.

Pouzdro je přednostně opatřené objímkou s vnitřním závitem, která tvoří stěny otvoru pro optické propojení s objektivem.

S výhodou jsou nosič s dichroidním zrcadlem a skleněným okénkem v dutině pouzdra uspořádány přestavitelně.

- 1 CZ 33320 U1

Přednostně dichroidní zrcadlo a skleněné okénko mají stejnou optickou tloušťku.

Rovněž je výhodné, když je nosič upevněn v dutině pouzdra pomocí šroubů, přičemž mezi vzájemnými dosedacími plochami pouzdra a nosiče je uspořádán první o-kroužek.

A v dalším výhodném provedení zařízení dále zahrnuje druhý o-kroužek, který je uspořádaný mezi vzájemnými dosedacími plochami pouzdra a invarového tělesa.

Objasnění výkresů

Technické řešení je dále popsáno pomocí příkladných provedení znázorněných na výkresech, kde na obr. 1 je znázorněn řez zařízení pro vytvoření laserové pinzety, na obr. 2a je znázorněn půdorys, na obr. 2b nárys a na obr. 2c bokorys zařízení z obr. 1 a na obr. 3 je znázorněn izometrický pohled na zařízení z obr. 1 s připevněným mikroskopovým objektivem.

Příklady uskutečnění technického řešení

Znázorněné provedení zařízení pro vytvoření optické pinzety, které je připojitelné k ramanovskému mikroskopu, zahrnuje pouzdro 1, které je uzpůsobeno pro upevnění k neznázoměnému tělu optického mikroskopu na jedné straně a k objektivu 10 mikroskopu na straně druhé.

V tomto příkladném provedení je pro účely připojení objektivu 10 k pouzdru 1_ nalisována do pouzdra 1 mosazná objímka 8 s vnitřním závitem, do kterého může být zašroubován objektiv 10.

Pro upevnění pouzdra 1 k tělu optického mikroskopu je pouzdro 1 na straně odvrácené od objímky 8 opatřeno upevňovacím dílcem 9, který je zašroubován v těle mikroskopu a k pouzdru 1 je připojen šroubem umístěným v závitovém otvoru 91. Přesná poloha je zajištěna kónickým usazením upevňovacího dílce 9 a pouzdra T

Boční stěna pouzdra 1 je opatřená průchozím otvorem, do kterého je vsazeno invarové těleso 2 s průchozí dutinou, ve které je přemístitelně ustavena čočka 5 tak, že její optická osa je kolmá na osu pouzdra 1, resp. osu vnitřního závitu objímky 8 a vnějšího závitu upevňovacího dílce 9.

Čočka 5 je uspořádaná v tubusu 51, který je uspořádaný v invarovém tělese 2, na kterém je navléknuta stavěči matice 4, Čočka 5 je přemístitelná pomocí stavěči matice 4 ve směru optické osy čočky 5, a to díky tomu, že tubus 51 čočky 5 je pomocí tří kolíčků 52 procházejících skrz obdélníkové otvory v invarovém tělese 2 propojen se stavěči maticí 4. Kolíčky 52 volně kloužou v drážce stavěči matice 4 a tím umožňují přemísťování tubusu 51 čočky 5.

Ke druhému konci invarového tělesa 2 je upevněn konektor 31 pro připojení optického vlákna 3. Konektor 31, invarové těleso 2, stavěči matice 4 a čočka 5jsou uspořádány navzájem souose.

Invarové těleso 2 je použito z důvodu zamezení vlivu teploty okolí na kvalitu generovaného svazku záření.

V pouzdře 1 je přemístitelně uspořádaný vnitřní nosič 6, ke kterému je přilepeno dichroidní zrcadlo 7 nakloněné vůči ose vnitřního závitu objímky 8 (za provozu také vůči optické ose mikroskopového objektivu 10) pod úhlem 45° a skleněné okénko 11 svírající s osou vnitřního závitu objímky 8 úhel 45° a zároveň s dichroidním zrcadlem 7 úhel 90°. Skleněné okénko 11 je s výhodou opatřeno antireflexní vrstvou pro ramanovský svazek a vyzařovanou část optického spektra a má optickou tloušťku, která je shodná s optickou tloušťkou dichroidního zrcadla 7.

-2CZ 33320 U1

Dichroidní zrcadlo 7 je uspořádáno v dráze osy čočky 5_a se sklonem 45° vzhledem k ní. Nosič 6 dichroidního zrcadla 7 je připevněn třemi šrouby 61 k pouzdru 1 a je možné s ním jemně natáčet, když jsou tyto šrouby 61 povoleny. Toto slouží k nastavení polohy a natočení dichroidního zrcadla 7 vůči vstupnímu svazku. Ke změně úhlu dichroidního zrcadla 7 vůči optické ose slouží pružný první o-kroužek 62 umístěný mezi nosič 6 a pouzdro 1. Díky pružnosti první o-kroužku 62 lze jemně měnit úhel povolováním a utahováním šroubů 61 K závěrečné fixaci a k jemnému doladění úhlu a polohy dichroidního zrcadla 7 slouží tři stavěči šrouby umístěné v závitových otvorech 63.

Po sesouhlasení optické osy optického vlákna 3 s optickou osou čočky 5 je invarové těleso 2 pevně uchyceno ve stěně pouzdra 1 pomocí čtyř šroubů 22. K jemnému doladění optické osy slouží druhý o-kroužek 21, který slouží jako tlačná pružina a povolováním a utahováním šroubů 22 lze jemně měnit náklon optické osy invarového tělesa 2 vůči pouzdru 1. Ke konečnému sesouhlasení optické osy mikroskopového objektivu a transformovaného svazku dojde za pomocí rotace, případně axiálního posunu nosiče 6 a s ním i dichroidního zrcadla 7. Záření šířící se z optického vlákna 3, prochází dutinou invarového tělesa 2 a je ko limo váno čočkou 5.

Následně je svazek paprsků odražen dichroidním zrcadlem 7 do zadní apertury mikroskopového objektivu. Toto zrcadlo 7 má vakuově napařenu soustavu dielektrických vrstev tak, aby ve směru šíření laserového svazku docházelo k co nejvyššímu odrazu dopadajícího svazku určeného k optickému chytání a aby naopak při průchodu ramanovského excitačního svazku a vyzařovaného emisního spektra docházelo ke ztrátám co nejnižším. Po odrazu na dichroidním zrcadle 7 se svazek šíří ve směru optické osy mikroskopového objektivu 10. Po průchodu svazku mikroskopovým objektivem 10 je svazek záření fokusovaný do difirakčně limitované stopy v ohniskové rovině mikroskopového objektivu 10. Při průchodu svazku přes dichroidní zrcadlo 7 nenulové tloušťky sice dojde k posunutí obrazu v obrazové rovině mikroskopu, ale díky antireflexně vrstvenému skleněnému okénku 11, které má optickou tloušťku shodnou s dichroidním zrcadlem 7 a je ustaveno v dráze svazku, se tento posun kompenzuje.

Zařízení podle tohoto technického řešení umožňuje snadné zavedení dodatečného svazku záření u ramanovského mikroskopu, který nebyl při výrobě pro tyto účely upraven. Popsané zařízení lze snadno připojit a odpojit na velkou většinu dostupných ramanovských mikroskopů a lze použít v těchto mikroskopech k laserové mikromanipulaci za co nejnižších pořizovacích nákladů. Řešení vychází ze skutečnosti, že současné modely mikroskopů jsou z důvodu rychlé vyměnitelnosti objektivů vybaveny standardizovanými typy závitů a prezentované zařízení lze snadno do těchto závitů připojit.

Předkládané technické řešení se tak týká zařízení, které může být lehce připojeno, případně odpojeno, mezi mikroskopový objektiv a tělo mikroskopu a umožňuje využít všech výhod optické pinzety a současně zachovává většinu původních funkcí ramanovského mikroskopu. Výhodou tohoto zařízení jsou velmi malé rozměry, jednoduchá obsluha. Odpadá potřeba jakéhokoliv nastavování uživatelem.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle tohoto technického řešení je využitelné všude tam, kde je žádoucí modulární rozšíření přístroje pro Ramanovu spektroskopii o optické chytání pro manipulaci a fixaci malých předmětů - např. buněk, např. bakterií, a tím zlepšení jeho aplikačních možností, zejména v biologii a lékařství.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (7)

1. Zařízení pro vytvoření laserové pinzety připojitelné k ramanovskému mikroskopu, vyznačující se tím, že obsahuje:

- pouzdro (1), které obsahuje otvor pro optické propojení s objektivem (10), k němu protilehle uspořádaný otvor pro optické propojení s tělem mikroskopu a v boční stěně pouzdra (1) uspořádaný otvor pro připojení invarového tělesa (2),

- nosič (6), na kterém jsou v dutině pouzdra (1) navzájem kolmo uspořádána dichroidní zrcadlo (7) a skleněné okénko (11),

- invarové těleso (2) s průchozí dutinou, které je jedním koncem upevněné v otvoru v boční stěně pouzdra (1) a jehož druhý konec je opatřený konektorem (31) pro připojení optického vlákna (3),

- čočku (5) uspořádanou přesuvně ve směru své optické osy v invarovém tělese (2), přičemž konektor (31), invarové těleso (2) a čočka (5) jsou uspořádány navzájem koaxiálně, jejich osa prochází dichroidním zrcadlem (7), svírá s ním úhel 45° a je kolmá ke společné ose otvoru pro optické propojení s objektivem (10) a otvoru pro optické propojení s tělem mikroskopu.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje stavěči matici (4) pro posuv čočky (5) v invarovém tělese (2) a tubus (51), ve kterém je uložena čočka (5) a který je uložený v invarovém tělese (2) a na své vnější straně opatřený kolíčky (52), a, přičemž stavěči matice (4) je navléknuta na invarovém tělese (2) a kolíčky (52) tubusu (51) procházející skrz podélné průchozí otvory v invarovém tělese (2) a jsou v záběru s drážkou stavěči matice (4).

3. Zařízení podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pouzdro (1) je opatřené objímkou (8) s vnitřním závitem, která tvoří stěny otvoru pro optické propojení s objektivem (10).

4. Zařízení podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nosič (6) s dichroidním zrcadlem (7) a skleněným okénkem (11) jsou v dutině pouzdra (1) uspořádány přestavíte lně.

5. Zařízení podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že dichroidní zrcadlo (7) a skleněné okénko (11) mají stejnou optickou tloušťku.

6. Zařízení podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nosič (6) je upevněn v dutině pouzdra (1) pomocí šroubů (61), přičemž mezi vzájemnými dosedacími plochami pouzdra (1) a nosiče (6) je uspořádán první o-kroužek (62).

7. Zařízení podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že dále zahrnuje druhý o-kroužek (21), který je uspořádaný mezi vzájemnými dosedacími plochami pouzdra (1) a invarového tělesa (2).

2 výkresy