由纳米多孔材料制成的用于浸没式显微术的样品定界元件制造技术

本发明专利技术涉及一种样品定界元件(1)，其至少在一个区域中由纳米多孔材料构成，纳米多孔材料对于通过显微镜(6)可捕捉的至少一个观察辐照(9)是透明的，其中纳米多孔材料包括孔(2)，其平均孔径小于观察辐照(9)的波长，并且纳米多孔材料的体积的至少5％的比例由至少在纳米多孔材料的部分中的孔(2)占据。该材料具有开放孔隙率，平均孔径至多为1000nm，并且纳米多孔材料的每单位体积的孔(2)的数目和/或平均孔径沿着样品定界元件(1)的至少一个范围改变，使得在样品定界元件(1)中形成孔梯度(11)，并且其具有其中不存在孔隙率的至少一个梯度部分(11.1)，使得通过样品定界元件(1)，实现样品定界元件(1)的一个侧表面(1.1，1.2)上的样品介质(3)与样品定界元件(1)的相对的侧表面(1.1，1.2)上的浸没介质(4)的分离。本发明专利技术还涉及使用样品定界元件(1)的显微术方法，以及显微镜(6)。此外，本发明专利技术涉及用于生产样品定界元件(1)的可能材料。

Sample delimiting element for immersion microscopy made of nanoporous materials

The present invention relates to a sample demarcation element (1) consisting of at least one nanometer porous material. The nano porous material is transparent to at least one observation irradiation (9) that can be captured by a microscope (6), in which the nano porous material includes a hole (2), its average aperture is less than the wavelength of observation irradiation (9), and nanometers are nanoscale. At least 5% of the volume of the porous material is occupied by holes (2) in at least part of the nanoporous material. The material has an open porosity with an average pore size of up to 1000nm, and the number of holes (2) per unit volume per unit volume of the nano porous material and / or average aperture are changed along at least one range of the sample bound element (1) so that the pore gradient (11) is formed in the sample delimiter (1), and it has no porosity in it. Less one gradient part (11.1) makes the separation of the sample medium (3) on one side surface (1.1, 1.2) of the sample delimiter (1.1, 1.2) and the immersion medium (4) on the side surface (1.1, 1.2) on the side surface of the sample delimiter (1) by the sample delimiting element (1). The invention also relates to a microscope method using a sample delimiter element (1) and a microscope (6). In addition, the invention relates to a potential material for producing a sample delimiter element (1).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由纳米多孔材料制成的用于浸没式显微术的样品定界元件
本专利技术涉及如所附权利要求1所要求保护的样品定界元件。本专利技术还涉及显微术方法和显微镜。
技术介绍
浸没式物镜的使用在显微术中提供多种优势，所有优势最终由浸没式物镜的更高的可实现数值孔径产生。所述的优势例如是更高的空间分辨率、更高的光收集效率、更高的信噪比和/或更好的信号背景比、更短的曝光时间和更好的时间分辨率，并且还降低生物样品上的光毒性作用。最后的优势特别是在生物样品的显微术中是非常重要的，例如活细胞和/或生物活性分子。通过使用与浸没介质协作的浸没式物镜，可以使数值孔径最大化，其中相应的浸没介质具有最大可能折射率。在这种情况下，将要观察的样品用薄盖玻片覆盖，或者将样品施加于盖玻片，并且将浸没介质施加于盖玻片的背离样品的那个侧表面。盖玻片防止浸没介质和样品介质的互混以及浸没介质对样品的污染。已知的浸没介质包含例如油、油性物质和可变形的透明塑料，诸如DE1472294A中所描述。浸没介质的折射率的有利上限由盖玻片的折射率给定。如果浸没介质和盖玻片的折射率是相同的，则该盖玻片在光学上不再有效，并且在样品的观察期间不会引起成像像差。这样的折射率的匹配典型地是通过油浸没式物镜和作为浸没介质的油而可实现的。特别地，样品介质中通常存在生物样品，使得至少暂时地保持样品或者其成分的天然性质。如果样品介质的折射率偏离盖玻片和/或浸没介质的折射率(在生物样品的情况下常常是这种情况)，则在油浸没式物镜的情况下，仅可以在非常靠近盖玻片的焦平面中进行最优工作，因为由于折射率上的突然变化而产生像差(主要是球面像差)，像差随着焦平面在样品中的深度而增大。因此，水浸没式物镜更适用于显微镜，特别是对活细胞。因为细胞位于水性样品介质中，所以浸没介质和样品介质的折射率非常相似。只有盖玻片的折射率偏离。如果通过校正将盖玻片的光学效应消除，则随着焦平面更加深地穿透到样品中不会发生球面像差。然而，这样的校正对指定厚度、平面度和玻璃类型的盖玻片指定，出于这些原因，特别是水浸没式物镜通常配备有校正功能，该校正功能可以用于校正盖玻片厚度的波动，该波动在作为浸没式物镜中的镜头或镜头组的移置的结果而以产生的方式是不可避免的。因为即使细胞不在纯水性溶液中由显微术检查而且细胞附加地具有与样品介质不同的折射率，所以各种各样的浸没介质是可用的。活细胞的显微术的典型浸没介质是水、水的有机替代介质、甘油、TDE和诸如硅酮油的指定浸没油。在常温下所有浸没介质是液体。只有浸没介质具有与样品介质精确相同的光学参数，才能实现最佳图像质量以及最大信号强度和穿透深度。因此，在使用浸没式物镜和通过浸没介质的显微术的情况下产生局限性和缺点。就此而言，盖玻片通常具有与浸没介质不同的光学性质，因此需要专用物镜，特别是浸没式物镜。浸没介质通常具有与样品介质不同的光学性质，因此甚至专用物镜的性能下降。这在原理上导致了在焦平面的相对较高的穿透深度下的球面像差和色差。然而，甚至已校正的专用物镜对于盖玻片引起的像差是高度敏感的。这种像差例如是由于显微镜的束路径中以倾斜形式定位的盖玻片而产生的像差。如果侧表面不彼此平行或者盖玻片是相对于光学平面倾斜，则也会产生像差。盖玻片的厚度的波动同样地导致像差，其中像差的强度与盖玻片和浸没介质之间的折射率上的差异近似成比例放大。出于上面所提及的原因，就适当的显微镜的实现方式而言，专用物镜必须存在于每种浸没介质的清单中。这样的专用物镜例如是油浸没式物镜、硅酮油浸没式物镜、甘油浸没式物镜和水浸没式物镜。在技术上和经济上可维持的成本的情况下，每个专用物镜在每种情况下仅可实施一种校正功能。举例而言，例如通过多浸没式的物镜，提供盖玻片厚度校正或折射率浸没介质校正。作为大量专用物镜的替代例，可以使用特别地设计的浸没式物镜，例如从DE2655041C2已知的。本文中所公开的浸没式物镜具有在前置镜头的前面的由透明材料构成的板，所述板沿着光学轴线是可移置的。出于校正不同浸没介质的折射率和盖玻片厚度的目的，板和盖玻片之间的由浸没介质填充的间隔的厚度是可调整的。DE102013107297A1公开了样品的覆盖物，其中覆盖物由具有开放孔隙率的纳米多孔材料构成，并且对于通过显微镜可捕捉的观察辐照是透明的。材料的平均孔径小于观察辐照的波长。US2007/0128069A1公开了多孔盖玻片，其孔从一侧表面延伸至相对的侧表面。盖玻片提供有同样通体多孔的膜。从DE102011076238A1已知非常相似膜，其具有对细胞和细胞成分的过滤功能。纳米多孔材料还附加地用于其他
，并且用于例如在US2013/0170044A1和US2014/0334006A1中所描述的耐划伤性的光学滤波器。
技术实现思路
本专利技术基于提出以下的可能性的目标：在使用浸没介质的显微术的情况下，至少将现有技术中已知的缺点和局限性降低。该目标通过如独立权利要求1所要求保护的样品定界元件、如权利要求8所要求保护的显微术方法、以及如权利要求10所要求保护的显微镜来实现。在从属权利要求中指定有利的配置。该目的通过样品定界元件来实现，其至少在一个区域中由纳米多孔材料构成，纳米多孔材料对于通过显微镜可捕捉的至少一个观察辐照是透明的，纳米多孔材料的平均孔径直径小于观察辐照的波长。根据本专利技术的样品定界元件的特性是：纳米多孔材料是具有开放孔隙率的纳米多孔材料，并且具有含有至多1000nm的平均孔径的孔。材料体积的至少5％的比例被孔占据。纳米多孔材料的每单位体积的孔数目和/或平均孔径沿着样品定界元件的至少一个范围改变，使得在样品定界元件中形成孔梯度。孔梯度包括无孔层。材料体积的由所有孔的体积所构成的比例还称为体积分数。在开放孔隙率的情况下，孔(其中其至少大部分)是互连的。在样品定界元件的一个可能的实施例中，基于分布函数确定平均孔径。将所有孔中的95％所具有的减和/或加其标准差的直径确定为平均孔径。本专利技术的本质是样品定界元件，其至少部分地实施施加于样品定界元件上的浸没介质的光学性质，并且同时实现盖玻片的传统功能，即样品介质和浸没介质的分离。为了确保样品介质和浸没介质的分离，孔梯度具有不存在孔隙率的至少一个梯度部分。以此方式，可以通过样品定界元件来使样品定界元件的一个侧表面上的样品介质与样品定界元件的相对的侧表面上的浸没介质的分离成为可能。根据本专利技术的样品定界元件具有例如以下商业可得的盖玻片的尺寸：例如具有0.02至0.21mm的厚度的18×18mm、22×22mm或24×40mm。样品定界元件还可以实施有单独尺寸、设计和/或厚度。在其它实施例中，可以对多孔板(multi-wellplate)或诸如皮氏培养皿(Petridish)的容器来设计样品定界元件。在其他可能的实施例中，将样品定界元件实施为中空圆柱体。该实施例例如使将样品定位在样品定界元件的内部并且由显微术检查样品成为可能。样品定界元件的该设计可以有利地用于光片显微术方法和/或激光扫描显微术中。样品定界元件的光学特性有利地适配于单独浸没介质。为了该目的，样品定界元件至少区域地由纳米多孔材料构成。纳米多孔材料形成样品定界元件的区域，当在显微镜中使用样品定界元件时观察辐照穿过该区域。由于纳米多孔材料的高有效内表面积，样品定界元件吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种样品定界元件(1)，其至少在一个区域中由纳米多孔材料构成，所述纳米多孔材料对于通过显微镜(6)可捕捉的至少一个观察辐照(9)是透明的，其中所述纳米多孔材料具有孔(2)，所述孔的平均孔径小于所述观察辐照(9)的波长，并且‑所述纳米多孔材料的体积的至少5％的比例由至少在所述纳米多孔材料的部分中的所述孔(2)占据，其特征在于‑所述纳米多孔材料具有开放孔隙率，‑所述平均孔径至多为1000nm，‑所述纳米多孔材料的每单位体积的孔(2)数目和/或平均孔径沿着所述样品定界元件(1)的至少一个范围改变，使得在所述样品定界元件(1)中形成孔梯度(11)，并且‑所述孔梯度(11)具有其中不存在孔隙率的至少一个梯度部分(11.1)，使得通过所述样品定界元件(1)实现所述样品定界元件(1)的一个侧表面(1.1，1.2)上的样品介质(3)与所述样品定界元件(1)的相对的侧表面(1.1，1.2)上的浸没介质(4)的分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.28 DE 102015221044.81.一种样品定界元件(1)，其至少在一个区域中由纳米多孔材料构成，所述纳米多孔材料对于通过显微镜(6)可捕捉的至少一个观察辐照(9)是透明的，其中所述纳米多孔材料具有孔(2)，所述孔的平均孔径小于所述观察辐照(9)的波长，并且-所述纳米多孔材料的体积的至少5％的比例由至少在所述纳米多孔材料的部分中的所述孔(2)占据，其特征在于-所述纳米多孔材料具有开放孔隙率，-所述平均孔径至多为1000nm，-所述纳米多孔材料的每单位体积的孔(2)数目和/或平均孔径沿着所述样品定界元件(1)的至少一个范围改变，使得在所述样品定界元件(1)中形成孔梯度(11)，并且-所述孔梯度(11)具有其中不存在孔隙率的至少一个梯度部分(11.1)，使得通过所述样品定界元件(1)实现所述样品定界元件(1)的一个侧表面(1.1，1.2)上的样品介质(3)与所述样品定界元件(1)的相对的侧表面(1.1，1.2)上的浸没介质(4)的分离。2.根据权利要求1所述的样品定界元件(1)，其特征在于，所述平均孔径在0.5nm至100nm的数值范围中。3.根据权利要求1所述的样品定界元件(1)，其特征在于，所述平均孔径在1nm至10nm的数值范围中。4.根据前述权利要求中任一项所述的样品定界元件(1)，其特征在于，所述观察辐照(9)的波长选自200至2000nm的波长范围。5.根据权利要求4所述的样品定界元件(1)，其特征在于，从所述样品定界元件(1)的两个相互相对的侧表面(1.1，1.2)出发来形成相应的孔梯度(11)，其中关于所述材料的每单位体积的孔(2)的数目和/或所述平均孔径以相互相对的形式形成所述孔梯度(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：T奥尔特，T卡尔克布伦纳，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE