用于样本阵列的自参考检测与成像的系统和方法技术方案

提供一种用于检测具有可检测样本和至少一个参考样本的样本阵列的系统。该系统包括：电磁辐射源；感测表面，包括多个样本域，其中，所述多个样本域包括至少一个参考域；相位差产生器，配置成导入样本阵列中的一个或更多的样本的路径长度的差异；以及成像光谱仪，配置成对样本阵列中的一个或更多的样本进行成像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于样本阵列的自参考检测与成像的系统和方法
技术介绍
本专利技术涉及检测与成像，更具体而言，涉及用于样本阵列的光学检测与成像的系统和方法。表面等离子体共振（SPR）检测是用于检测分子吸收和相互作用的光学检测技术。SPR检测被用于包含生物传感器的多种多样的化学系统。典型而言，SPR传感器包括棱镜支持薄金属层的布置。配体分子被固定在薄金属层的一侧，以从该薄金属层形成改性金属表面。样本被设置在改性金属表面上。入射到样本上的光束以共振方式激发薄金属层中的表面等离子体。表面等离子体在平行于薄金属层与棱镜之间形成的界面（金属/棱镜界面）的方向扩散。由于表面等离子体存在于薄金属层与外部介质（例如空气或水）的边界，因此表面等离子体的震荡响应于金属与外部介质的边界的任何改变、诸如金属表面上的分子的吸收。SPR现象典型地通过对薄金属层的表面附近的折射率改变进行感测来检测。改性金属表面的反射光谱可以通过测量作为入射光的入射角或者波长的函数的、反射光的强度来确定。SPR现象对在边界的折射率改变的敏感性对于观察并量化在薄金属膜/样本溶液界面的化学反应是有用的。典型而言，SPR系统在干涉仪中使用两个不同的路径。第一路径可以被称为参考臂，第二路径可以被称为样本臂。从辐射源朝向参考的大方向被称为参考臂，从辐射源朝向样本的大方向被称为样本臂。来自辐射源的入射光被分离为两个部分，第一部分经由参考臂传播并入射在参考样本上，第二部分经由样本路径传播并入射在样本上。在干涉仪中具有两个不同的路径使得系统易受到诸如振动的环境因素的影响，导致检测与成像中的噪声。在干涉仪配置中的SPR技术对于诸如振动和温度波动的环境因素相对更敏感。振动可能使干涉仪中的两个臂之间未对准，这可能导致经由两个不同的路径传播的光缺少相干性，因此影响检测的灵敏度。因此，期望具有用于样本阵列的检测与成像的改善的系统和方法。
技术实现思路
在一个实施例中，提供一种用于检测具有可检测样本和至少一个参考样本的样本阵列的系统。该系统包括：电磁辐射源；感测表面，包括多个样本域，其中，所述多个样本域包括至少一个参考域；相位差产生器，配置成导入样本阵列中的一个或更多的样本的路径长度的差异；以及成像光谱仪，配置成对样本阵列中的一个或更多的样本进行成像。在另一个实施例中，提供用于对样本阵列进行检测与成像的检测与成像系统。该系统包括：宽带光源，配置成照射样本阵列；光学引擎；图像获取单元，配置成获取图像数据；以及信号处理单元，用于处理获取的图像数据。该光学引擎包括：SPR感测表面，具有样本域和至少一个参考域；相位差产生器，配置成导入样本阵列中的一个或更多的样本的路径长度的差异，图像获取单元配置成获取图像数据，信号处理单元用于处理获取的图像数据。在一个示例中，提供一种用于对阵列中的样本进行成像的方法。该方法包括：提供入射辐射；用入射辐射照射样本阵列中的样本，以生成结果束，其中，样本阵列包括参考样本；导入样本阵列的一个或更多的样本的路径差异；使结果样本束与结果参考束进行干涉，以形成干涉光谱；获取干涉光谱；以及重构一个或更多的样本的光谱特性。附图说明当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本专利技术的上述和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中，各图中同样的附图标记代表同样的部分，其中：图1是用于同时检测样本阵列的示例自参考检测与成像系统的框图；图2是图1的光学引擎的示例的概要图；图3是用于同时检测样本阵列的自参考表面等离子体共振（SPR）检测与成像系统的示例的概要图；图4是配置用于自由溶液（freesolution）的SPR的感测表面的示例的剖视图；图5是配置用于定域的SPR的感测表面的示例的剖视图；图6是配置用于纳米光栅SPR的感测表面的示例的剖视图；图7是配置用于反射干涉分光法的感测表面的示例的剖视图；图8是用于重构对于样本阵列的样本位置的光谱特性的图像的、用于对样本阵列自参考检测与成像的示例方法的流程图；图9是用于对感测表面上的三个点的吸收系数的高斯分布的仿真结果的示例的图表；图10是对应于对图11的三个点计算了傅里叶逆变换的图表；以及图11是对于图10的三个点的检索的SPR的图表。具体实施方式提供了用于样本的自参考检测与成像的系统和方法。系统和方法可以配置用于同时检测多个样本。样本可以被设置在一维（1D）或者二维（2D）阵列中。样本可以设置在感测表面上的其各自的样本域中。一个或更多的样本域可以配置成接收参考样本。备选地，一个或更多的样本域可以配置成充当参考样本。在某些实施例中，同时检测可以包括以单次（singleshot）或单帧检测样本。系统和方法可以适于样本的高处理量检测与成像。在一个实施例中，可以通过在第一方向（例如x方向）导入样本阵列的光谱分离，并在第二方向（例如y方向）对样本阵列成像，来重构多个样本的光谱特性的图像，其中第二方向不同于第一方向。在某些实施例中，提供了用于包括可检测样本和至少一个参考样本的样本阵列的自参考检测系统。本申请中，可检测样本和参考样本的组合可以被称为样本。待检测的样本可以被称为可检测样本。在一个示例中，检测可以包括确定可检测样本的光谱特性。参考样本可以配置用于对检测可检测样本的光谱特性提供参考。系统包括电磁辐射源和包括多个样本域的感测表面，其中，多个样本域中的至少一个样本域是参考域。系统还可以包括相位差产生器，配置成导入样本阵列中的一个或更多的样本的路径长度的差异；成像光谱仪，配置成对样本阵列中的一个或更多的样本进行成像。图1示出用于同时检测样本阵列中的两个或更多样本的自参考检测与成像系统10。系统10包括用于用电磁辐射14辐照样本阵列的电磁辐射源12。电磁辐射源12可以根据待检测的样本的类型，生成可见光或者近红外光。辐射源12的非限制性示例可以包括发光二极管、超辐射发光二极管、宽带光源、或者其组合。宽带光源可以在任何给定时间点的波长的范围发射连续光谱输出。宽带光源可以包含的源诸如但是不限于钨灯、白色光源、氙灯、金属卤化物灯、磷光体源、或者其组合。来自辐射源12的辐射14可以指向光学引擎16。光学引擎16包括用于将辐射14指向感测表面（未示出）的光学布置。感测表面可以形成光学引擎16的一部分。系统10包括用于参考样本和可检测样本的公共光路。公共光路用作参考和样本路径这两者，可以用于对样本提供参考。入射辐射包括用于照射穿过公共光路的可检测样本和参考样本的小束波（beamlet），以照射样本。用于参考样本的入射小束波和用于可检测样本的入射小束波在相同的方向、即从辐射源12向感测表面的方向传播。来自样本的结果辐射包括来自穿过公共光路以到达检测器的可检测样本和参考样本的结果小束波。用于参考样本的入射小束波和来自可检测样本的入射小束波在相同的方向、即从感测表面向检测器的方向传播。系统10配置成提供样本30的参考，而不需要用于参考样本和可检测样本的分离光路。自参考不需要参考臂。系统10能够提供自参考的该能力将噪声最小化或消除，该噪声在两个不同的光路被用于诸如系统10的干涉仪系统时可能被导入。自参考可以由设置在感测表面上的一个或更多的参考样本提供。感测表面可以包括用于设置样本的多个样本域。样本域可以包括一个或更多的可检测样本和至少一个参考样本。样本域可以作为1D或者2D阵列设置在感测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测具有可检测样本和至少一个参考样本的样本阵列的系统，包括：电磁辐射源，用于提供入射辐射；感测表面，包括多个样本域，其中，所述多个样本域包括至少一个参考域，并且其中所述感测表面被所述入射辐射照射以生成结果束；相位差产生器，配置成通过在第一方向在所述入射辐射或者所述结果束中导入相位差来导入所述样本阵列中的一个或更多的样本的路径长度的差异；以及成像光谱仪，配置成在不同于所述第一方向的第二方向对所述样本阵列中的一个或更多的样本进行成像，其中，所述成像光谱仪是2D光谱仪，所述2D光谱仪配置成检测在x方向引入的相位差并且在y方向成像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.30 IN 3391/CHE/20111.一种用于检测具有可检测样本和至少一个参考样本的样本阵列的系统，包括：电磁辐射源，用于提供入射辐射；感测表面，包括多个样本域，其中，所述多个样本域包括至少一个参考域，并且其中所述感测表面被所述入射辐射照射以生成结果束；相位差产生器，配置成通过在第一方向在所述入射辐射或者所述结果束中导入相位差来导入所述样本阵列中的一个或更多的样本的路径长度的差异；以及成像光谱仪，配置成在不同于所述第一方向的第二方向对所述样本阵列中的一个或更多的样本进行成像，其中，所述成像光谱仪是2D光谱仪，所述2D光谱仪配置成检测在x方向引入的相位差并且在y方向成像。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述参考域包括所述参考样本。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述参考样本包括确定的光谱吸收。4.如权利要求2所述的系统，其中，所述参考样本包括具有高于或者低于可检测范围的折射率的材料。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述参考域包括一个或更多的层或者金属的涂层或者电介质材料。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述检测系统包括用于所述可检测样本和参考样本的公共光路。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述感测表面包括多个参考域。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：M山田，S迈蒂，SD瓦尔塔克，R兰戈祖，A帕蒂尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US