用于光學顯微鏡的新型波長選擇器技術

許多光學顯微鏡應用，特別是涉及熒光成像的應用，需要波長辨別，要么過濾寬帶照明源，要么過濾到達相機的圖像，或者兩者兼而有之。用于波長過濾的傳統工具，如AOTF單色儀和濾光輪，都有不同程度的限制，這通常會影響它們在顯微鏡中的使用。

虹科柔性波長選擇器（FWS）是一種新型波長濾波設備，為照明和圖像濾波提供了優勢的組合。具體地說，虹科FWS器件將單色器的波長可調諧性和帶寬控制與濾光輪的圓形均勻孔徑相結合，這些設備具有緊湊、操作簡單和明顯成本效益的優點。在這篇文章中，我們描述了這項新的專利技術，并討論了它在顯微鏡方面的優勢。

熒光探針的標測是基于波長選擇性成像，源波長與目標熒光團的吸收峰匹配以獲得最佳激發。在同一實驗中使用多個熒光團的情況下，使用兩個不同的波長可以選擇性地激發每個熒光團。以這種方式，可以在包括來自激發源的散射和其他波長的熒光的背景下以最大信噪比選擇性地觀察來自每個熒光團的斯托克斯位移熒光。

波長選擇性和可調諧性在其他類型的光學顯微鏡中也是有用的，例如用于對沒有內源性熒光或添加熒光團的透明樣品成像的相位對比度和傾斜照明方法。這里眾所周知，迭代地改變（調整）照明條件，特別是波長，可以選擇性地優化圖像場內不同目標的對比度。

不同濾波技術的限制

濾波器

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在顯微鏡的檢測部分，濾光片和二向色分束器是在相機或目鏡之前進行波長濾波的常用手段。這些濾波器可以與寬帶光源一起使用，用于波長選擇性照明，而不是LED或激光器。濾波器通?；诒∧る娊橘|，有時結合彩色玻璃用于額外的波長阻擋。對于單個熒光團，通常在相機之前使用帶通或截止濾波器。對于兩個或多個熒光團，可以使用二向色電介質分束器根據波長將光分成兩個相機，或者熒光團可以使用單個相機前面的濾光輪交替成像。

濾波器和濾波器輪的局限性在于它們缺乏靈活性，因為每個濾波器的帶通波長和中心波長是固定的。因此，圖像不能作為波長的函數進行掃描，也不能迭代地調整波長和帶寬以找到特定樣本的最佳（例如，高對比度）觀看條件。

單色儀

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單色儀基于衍射光柵或色散棱鏡對光源輸出進行選擇。為了過濾光源，輸出狹縫或光纖僅用于選擇目標波長窗口，通過旋轉光柵（或棱鏡）角度來連續地調諧該頻帶的中心。通過調節輸入和輸出狹縫的寬度，也可以平滑地改變透射光的帶寬。然而，在圖像檢測過程中并不常用單色器。原因是相機陣列的只有一個軸可以用于成像，另一個軸用于波長色散。因此，圖像必須單行或單像素進行構建。

聲光可調諧濾波器（AOTF）

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AOTF是基于將射頻（RF）輸入施加到諸如二氧化碲（TeO2）之類的奇異晶體的固態組件，由此產生的聲學振動起到移動衍射光柵的作用。AOTF的主要優點是切換時間快，可以同時控制多個輸出。然而，它是一個復雜的射頻供電系統，成本相對較高。AOTF也具有較差的帶外消光。

虹科FWS-新型濾波技術

虹科FWS將其中兩個寬帶帶通濾波器組合在一個緊湊、不透光的外殼中。這種設計使得每個濾波器的入射角能夠獨立旋轉。虹科FWS提供了具有濾波器的大凈孔徑的單色儀的波長靈活性和精度，高帶外消光以及幾乎不受溫度或濕度變化影響的性能。此外，它簡單、經濟、堅固，可以作為顯微鏡的小型設備進行封裝。

虹科FWS產品的帶寬可以從大約1.5納米調整到20納米（標稱），并且，中心波長可以從大多數可見波長（350 nm–900 nm）中選擇。由于它們需要準直光，顯微鏡中的無限空間（即，在相機之前）是基于該技術的緊湊型設備的理想位置。此外，準直輸入/輸出允許簡單的光纖耦合，簡化集成。這些特性使其成為相機和顯微鏡光源中光譜濾波的理想選擇。

虹科波長選擇器的TwinFilm專利技術

如圖所示，可以將虹科FWS用于激發和發射。對于激發，有必要選擇最佳波長以獲得最大效率，并避免多熒光團實驗中的交叉激發。對于發射，可以掃描整個波長范圍以進行光譜成像。

對于多重標記的多色熒光成像非常有用。在用不同的熒光團標記細胞的不同部分后，可以使用虹科波長選擇器進行同時成像。下圖顯示了分別標記有DAPI（細胞核）、CMFDA綠（胞漿）和線粒體深紅色FM（線粒體）的固定HeLa細胞的熒光圖像。無需三種濾波器組或單色儀耗時掃描，可使用虹科FWS多邊形同時進行三色成像。

使用不同染色劑標定的HeLa細胞的熒光圖像

虹科波長選擇器的優異性能，使其具有廣泛的應用范圍和巨大的市場前景，可代替單色儀、AOTF等用于熒光顯微鏡、高光譜成像、生命科學儀器、機器視覺、實驗室研究、光源檢測、高光譜成像等多個領域。