微球透镜组件制造技术

微球透镜组件(10)包括微球透镜(1)和基础透镜(3)，其二者通过光学透明材料(2)形成的柱体连接在一起，所述光学透明材料(2)形成的柱体将微球透镜(1)相对于基础透镜(3)保持在固定位置上。当微球透镜(1)相对于基础透镜(3)固定在正确的位置上时，可以结合合适的显微镜来使用组件(10)，用于进行超分辨率显微和/或加工。

Microlens assembly

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微球透镜组件
本专利技术涉及微球透镜组件。特别地，本专利技术涉及微球附接到显微镜的物镜上的微球透镜组件。本专利技术还涉及这种微球透镜组件的制造和用途。
技术介绍
由于远场衍射极限的存在，常规光学显微成像分辨率在可见光谱内具有约200nm的理论极限；由此导致常规光学显微成像不适于对结构小于此极限的对象成像，例如，活病毒(通常为5-150nm，有些能达到300nm)。为了使这些结构的成像超越光学衍射极限，已使用了其它技术。透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)通常用于在真空中以非常高的分辨率(10nm)对专门制备的死病毒结构成像。这些技术需要复杂的样品制备过程，并且不适于体内成像和检测(电子束会影响活细胞、病毒等)。原子力显微镜(AFM)可通过接触式探针对小结构样品进行良好的成像。样品易于受到AFM尖端的损坏。此外，该技术并不提供真是的图像，而是提供重建的成像。受激发射损耗(STED)荧光显微术是一种近年来建立起来的能够超越光学衍射极限、以低至6nm分辨率对细胞结构、细菌和病毒进行成像的方法。该技术是基于在荧光样品被特定波长的激光激发时对其发射的光的检测以及使用另一不同波长的激光关闭部分荧光区。STED荧光显微术可提供更好的分辨率，但需要对样品进行复杂的制备(荧光标记)，而这并不总是适于活生物体的成像。荧光成像技术主要可对有机样品提供良好的结果。然而，对于高分辨率，该技术面临着光漂白的挑战，其将最小曝光时间限制在几十秒。近年来，使用定位在物镜和样品之间的微球阵列证实了超分辨率成像。在这种阵列中使用的微球通常具有10μm级的直径。微球的使用使得能够捕获存在于“远场”区域中具有不同折射率的两种不同介质的边界处的倏逝波。这些倏逝波携带有高空间频率亚波长信息，并随距离呈指数衰减。因此，靠近表面的微球在检测所述倏逝波上比常规物镜更有效。CN102305776B公开了一种直径为1-9μm、用作透镜的微球，其与要成像的对象接触或距离其小于100nm的距离。要成像的对象必须是金属样品或镀金样品(用于半导体材料)。检测机制是基于检测出现于金属与非金属间的表面等离子体。微球球托有两种类型：顶部8μm、底部2.8μm的位于硅中的锥形孔，使用UV固化粘合剂来固定微球；透明玻璃尖端，使用UV固化粘合剂来固定微球。这类结构不是特别地牢固，或者不适于容易地装配到现有微球上。此外，微球没有附接到物镜上，因此，不能保证可与物镜的光轴对准。WO2015/025174A1公开了一种嵌入主体材料(弹性材料、玻璃或塑料)中并置于工件上的微球阵列。这种透镜薄片可重复用于成像。微球阵列难以制造，并且易碎、易于损坏。使用如此小的微球也给图像的增加失真和更受限的视野带来了困难。此外，微球没有附接到物镜上，因此，不能保证可与物镜的光轴对准。超分辨率成像设备还可适于用于基于激光的微细加工。在这种技术中，加工分辨率受到聚焦激光束光斑尺寸的限制。该尺寸为激光波长的一半，因此，很难加工亚波长结构。先前的研究工作证实了使用散布在目标对象表面上的微球可以进行超分辨率成像或亚波长激光加工。对于实际的加工技术，微球不可以放置在加工对象上。因此，这种技术还需要简单、牢固、可进行准确定位并且易于装配到现有显微镜上的安装结构。因此，本专利技术的目的是实现至少部分克服或缓解部分上述问题的超分辨率显微术和/或微加工。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种微球透镜组件，包括基础透镜、微球透镜和自所述基础透镜的前表面延伸至所述微球透镜的光学透明材料形成的柱体。上述组件可用作显微镜的物镜或用作物镜布置结构的前透镜。由此，该组件可使显微镜用于超分辨率显微术及激光微加工。通过所述柱体将所述微球透镜固定到所述基础透镜上可使微球透镜准确定位在距离基础透镜的固定距离处，并在使用时与光轴对准，用于实现最佳性能。将微球透镜固定在合适位置上还提供了简单且牢固的附接构建方式。这种系统适于金属和非金属靶材料，特别是适于成像和处理生物样品(例如，细胞)。为了本申请的目的，光学透明材料对可见光透明或基本透明。所述微球透镜可包括微球或截断的微球。使用微球而不是截断的微球可提高分辨率，但也会增加失真。为了避免疑义，截断的微球包括被垂直于所述光轴的平面截断的微球。在一些实施例中，所述截断的微球可包括半球。在一些实施例中，所述微球透镜可包括微球阵列。所述微球阵列可由任何合适的方法形成，包括，但不限于，自组装。在一些实施例中，所述微球透镜可包括截断的微球阵列。这种截断的微球可包括半球。包括所述微球透镜的微球可具有1-1000μm的直径。在一个实施例中，所述微球可具有90-106μm的直径。特别地，所述微球可具有约100μm的直径。在另一实施例中，所述微球可具有5-15μm的直径。包括所述微球透镜的微球可具有1.5-4的折射率。在一个实施例中，所述微球可具有1.55-2.4的折射率。特别地，所述微球透镜可具有约1.9-2.2的折射率。包括所述微球透镜的微球可以由任何合适的材料形成，包括，但不限于，钛酸钡(BaTiO3)、聚苯乙烯、二氧化硅(SiO2)、金刚石、蓝宝石(Al2O3)、二氧化钛、立方氧化锆、氧化锌、硅、锗、磷化镓及砷化镓等。所述光学透明材料可包括玻璃或合适的塑料。在这些实施例中，所述光学透明材料可通过合适的技术预形成柱体，该技术包括，但不限于，模制或加工。在这些实施例中，预形成的柱体可通过合适的胶粘剂粘到所述基础透镜和所述微球透镜上。合适的胶粘剂可包括NOA81、MY-132、MY132A等。所述光学透明材料可包括胶粘剂或树脂。优选地，所述光学透明材料是UV光可固化的。在所述光学透明材料为胶粘剂的情况下，它可包括诸如NOA81、MY-132、MY132A等胶粘剂。所述光学透明材料形成的柱体的几何形状由所述微球透镜和基础透镜的相对光学性质和尺寸决定。特别地，所述光学透明材料形成的柱体的几何形状选择成使得所述微球透镜作为一个整体能够将来自样品的光聚焦用于成像或用于加工目的将光聚焦到样品上。在优选实施例中，所述柱体自所述基础透镜的边缘延伸至所述微球透镜的边缘。由于所述微球透镜通常比所述基础透镜窄，因此，所述柱体可是锥形柱体。所述柱体的锥形可以是恒定的，也可以是可变的。根据本专利技术的第二方面，提供一种构造微球透镜组件的方法，包括以下步骤：将基础透镜附接到显微镜上；在样品上提供微球透镜；在所述基础透镜和所述微球透镜之间施用光学透明且UV光可固化的材料；调节所述微球透镜与所述基础透镜之间的间距，直到所述微球透镜位于所述基础透镜的视场中心且所述样品对焦；用UV光照亮所述基础透镜的背面；及将所述基础透镜与所述样品分开。本专利技术第二方面的方法可根据需要或视情况包括本专利技术第一方面的任一或全部特征。以上方法提供了用于超分辨率显微术的有效微球透镜组件的简单构造方式。居中和对焦可确保所述微球透镜相对于所述基础透镜定位在所需的位置上。用UV光对居中且对焦的微球透镜照明可使光学透明材料形成的柱体固化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.微球透镜组件，其特征在于包括：基础透镜；微球透镜及自所述基础透镜的前表面延伸至所述微球透镜的光学透明材料形成的柱体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170628 GB 1710324.31.微球透镜组件，其特征在于包括：基础透镜；微球透镜及自所述基础透镜的前表面延伸至所述微球透镜的光学透明材料形成的柱体。


2.根据权利要求1所述的微球透镜组件，其特征在于，所述微球透镜包括微球。


3.根据权利要求1所述的微球透镜组件，其特征在于，所述微球透镜包括微球阵列。


4.根据权利要求1所述的微球透镜组件，其特征在于，所述微球透镜包括截断的微球。


5.根据权利要求1所述的微球透镜组件，其特征在于，所述微球透镜包括截断的微球的阵列。


6.根据前述任一权利要求所述的微球透镜组件，其特征在于，所述光学透明材料包括玻璃或塑料。


7.根据前述任一权利要求所述的微球透镜组件，其特征在于，所述光学透明材料包括胶粘剂或树脂，且所述光学透明材料是UV光可固化的。


8.根据前述任一权利要求所述的微球透镜组件，其特征在于，所述柱体自所述基础透镜的边缘延伸至所述微球透镜的边缘。


9.构造微球透镜组件的方法，其特征在于包括以下步骤：将基础透镜附接到显微镜上；在样品上提供微球透镜；在所述基础透镜和所述微球透镜之间施用光学透明且UV光可固化的材料；调节所述微球透镜与所述基础透镜之间的间距，直到所述微球透镜位于所述基础透镜的视场的中心且所述样品对焦；用UV光照亮所述基础透镜的背面；及将所述基础透镜与所述样品分开。


10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述样品为已知样品或专门的校准样品。


11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法包括在用UV光照亮所述基础透镜的背面之后清理掉多余光学透明材料的步骤。


12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括在清理之后将所述光学透明材料暴露于进一步的UV光中完成固化的步骤。


13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述微球透镜包括单个微球。


14.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述微球透镜包括微球阵列。


15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述微球阵列通过提供水中含有多个微球的悬浮液及使水蒸发来形成。


16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括截断所述微球透镜的额外步骤。


17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，截断通过使用聚焦离子束(FIB)系统在所需距离处切割包括所述微球透镜的微球来实现。


18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，截断通过研磨包括所述微球透镜的微球直到达到所需截断形状来实现。


19.包括权利要求1-8中任一项所述的微球透镜组件的物镜或物镜布置结构。


20.超分辨率显微设备，其特征在于包括：显微镜、及权利要求20所述的物镜或物镜布置结构。


21....

【专利技术属性】
技术研发人员：索林·斯特内斯库，塞巴斯蒂安·维拉，吴敬慈，李琳，
申请(专利权)人：利格纳米有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB