光学成像系统技术方案

提出了一种用于对包括纳米级对象的样品进行光学成像的光学系统。该光学系统包括成像透镜、被配置为提供激发光的照明源、检测器和用于支撑样品的基板。当样品被施加在基板上时，被布置成反射激发光的样品界面形成在样品与基板面向样品的第一侧之间。光学成像系统被布置成使得激发光经由成像透镜被发送到基板中并且使得检测器接收参考光和散射光。参考光包括激发光在样品界面处被反射并被成像透镜收集到的部分，而散射光包括激发光被纳米级对象散射并被成像透镜收集到的部分。光学系统被配置为，响应于激发光，通过参考光与散射光之间的干涉图案的光学对比度，使得纳米级对象在检测器处被成像。基板包括设置在基板的第一侧上的光学涂层，使得当样品被施加在基板上时，样品与光学涂层接触。激发光在样品界面处的反射程度使得光学对比度与使用在没有光学涂层的情况下形成的样品界面获得的光学对比度相比更大。比更大。比更大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学成像系统


[0001]本说明书涉及光学成像。

技术介绍

[0002]干涉散射显微镜(iSCAT)是能够对各个大分子和纳米粒子进行无标记成像的光学技术。iSCAT显微镜可以通过光学信号强度检测溶液中未标记的单分子，光学信号强度是检测到的粒子的质量的特征。各个分子的这种光学质谱可能非常适合用于研究范围广泛的分子组装过程(包括蛋白质
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蛋白质相互作用)，因此在诸如医学诊断和药物开发等领域具有潜在应用。iSCAT可用于生物传感，即用于检测和量化样品中的生物标志物。特别地，iSCAT能够实现具有高灵敏度的表面结合事件的检测，并能够基于高度功能化的表面和特异性结合实现新的无标记生化测定。
[0003]虽然干涉散射显微镜能够检测和称量未标记的单分子，并为分子组装特性的研究提供便利，但通过将iSCAT与超分辨率单分子荧光显微镜相结合，可以扩展应用范围。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于对包括纳米级对象的样品进行光学成像的光学系统。该光学系统包括成像透镜、被配置为提供激发光的照明源、检测器和用于支撑样品的基板。当样品被施加在基板上时，被布置成反射激发光的样品界面形成在样品与基板面向样品的第一侧之间。光学成像系统被布置成使得激发光经由成像透镜被发送到基板中并且使得检测器接收参考光和散射光。参考光包括激发光在样品界面处被反射并被成像透镜收集到的部分，且散射光包括激发光被纳米级对象散射并被成像透镜收集到的部分。光学系统被配置为，响应于激发光，通过参考光与散射光之间的干涉图案的光学对比度，使得纳米级对象在检测器处被成像。基板包括设置在基板的第一侧上的光学涂层，使得当样品被施加在基板上时，样品与光学涂层接触。激发光在样品界面处的反射程度使得光学对比度与使用在没有光学涂层的情况下形成的样品界面获得的光学对比度相比更大。
[0005]在一些实现方式中，光学系统还包括第一光学元件，该第一光学元件被配置为将用于激发光束到成像透镜中的路径与用于参考光和散射光到检测器中的路径分开。
[0006]在一些实现方式中，第一光学元件被配置为偏振分束器。
[0007]在一些实现方式中，光学系统还包括在第一光学元件与成像透镜之间的结构化波片。结构化波片包括被配置为向激发光束赋予第一延迟的内部区域和被配置为向激发光束赋予第二延迟的外部区域。
[0008]在一些实现方式中，第一延迟与第二延迟之间的差在0.7π到0.99π之间。
[0009]在一些实现方式中，第二延迟为零。
[0010]在一些实现方式中，内部区域的面积小于4mm2。
[0011]在一些实现方式中，光学系统还包括在第一光学元件与成像透镜之间的四分之一波片。激发光相对于偏振分束器的对准是s偏振的，使得激发光在第一光学元件处基本上被
反射到成像透镜中。
[0012]在一些实现方式中，照明源包括第一照明源和第二照明源。第一照明源提供处于第一波段内的波长处的第一激发光，第一激发光是用于参考光和散射光的激发光。第二照明源为纳米级对象的荧光激发提供处于第二波段内的波长处的第二激发光。第一光学元件还被配置为将第二激发光与第一激发光组合到成像透镜中，并将荧光光线(fluorescence light)透射到检测器中，使得通过纳米级对象发射的荧光光线纳米级对象还在检测器处被成像。
[0013]在一些实现方式中，纳米级对象包括多组荧光团，每组荧光团具有不同的激发光谱。第二照明源被配置为，为相应组的荧光激发提供处于多个波长处的第二激发光。
[0014]在一些实现方式中，第一照明源包括具有快速电流调制的超发光发光二极管或单模二极管激光器。
[0015]在一些实现方式中，光学系统被配置为使得干涉图案和荧光光线在检测器的光敏区域的分开的部分上被同时接收。
[0016]在一些实现方式中，激发光的入射角被布置成使得激发光到检测器中的杂散反射程度被降低。
[0017]在一些实现方式中，光学涂层被配置为使得激发光在样品界面处的反射程度与激发光的杂散反射程度相匹配。杂散反射对应于激发光在除了样品界面之外的形成于光学系统内的界面处被反射并随后到达检测器的部分。
[0018]在一些实现方式中，光学涂层被配置为使得激发光在样品界面处的反射程度高于激发光在除了样品界面之外的形成于光学系统内的界面处的杂散反射程度，并且低于激发光在没有光学涂层的情况下在样品界面处的反射程度。
[0019]在一些实现方式中，光学涂层包括在基板的第一侧上的中间层和在中间层上的外部层，该外部层被布置成当样品被施加在基板上时接收样品。
[0020]在一些实现方式中，中间层包括氧化铝Al2O3、二氧化铪HfO2、五氧化钽Ta2O5、五氧化铌Nb2O5、二氧化钛TiO2和二氧化硅SiO2中的一个或多个。
[0021]在一些实现方式中，中间层包括透明导电氧化物，例如，氧化铟锡(ITO)。
[0022]在一些实现方式中，中间层包括透明导电氧化物。
[0023]在一些实现方式中，外部层包括二氧化硅SiO2。
[0024]在一些实现方式中，中间层的厚度在1到20nm之间，外部层的厚度在80到200nm之间。
[0025]在一些实现方式中，光学涂层的折射率大于样品的折射率。
[0026]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种光学检测包括纳米级对象的样品的方法。该方法包括在基板上提供样品，经由成像透镜在样品上提供激发光。当样品被施加在基板上时，被布置成反射激发光的样品界面形成在样品与基板面向样品的第一侧之间。该方法还包括在检测器处接收参考光和散射光。参考光包括激发光在样品界面处被反射并被成像透镜收集到的部分，散射光包括激发光被纳米级对象散射并被成像透镜收集到的部分。该方法还包括响应于激发光，通过参考光与散射光之间的干涉图案的光学对比度在检测器处对纳米级对象进行成像。基板包括设置在基板的第一侧上的光学涂层，使得当样品被施加到基板时，样品与光学涂层接触。激发光在样品界面处的反射程度使得光学对比度与使用
在没有光学涂层的情况下形成的样品界面获得的光学对比度相比更大。
[0027]在一些实现方式中，激发光是处于第一波段内的波长处的第一激发光。该方法还包括为样品的荧光激发提供处于第二波段内的波长处的第二激发光，以及通过纳米级对象响应于第二激发光而发射的并被成像透镜收集到的荧光光线在检测器处对纳米级对象进行成像。
[0028]在一些实现方式中，纳米级对象包括多组荧光团，每组荧光团具有不同的激发光谱。第二激发光处于多个波长处，用于相应组的荧光激发。
[0029]在一些实现方式中，该方法还包括在检测器的光敏区域的分开的部分上同时接收干涉图案和荧光光线。
[0030]在一些实现方式中，光学涂层被配置为使得激发光在样品界面处的反射程度与激发光的杂散反射程度相匹配。杂散反射对应于激发光在除了样品界面之外的形成于光学系统内的界面处被反射并随后到达检测器的部分。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对包括纳米级对象的样品进行光学成像的光学系统，包括成像透镜；照明源，被配置为提供激发光；检测器；以及基板，用于支撑所述样品，其中，当所述样品被施加在所述基板上时，被布置成反射所述激发光的样品界面形成在所述样品与所述基板面向所述样品的第一侧之间，其中，所述光学成像系统被布置成使得所述激发光经由所述成像透镜被发送到所述基板中并且使得所述检测器接收参考光和散射光，其中，所述参考光包括所述激发光在所述样品界面处被反射并被所述成像透镜收集到的部分，且所述散射光包括所述激发光被所述纳米级对象散射并被所述成像透镜收集到的部分，其中，所述光学系统被配置为，响应于所述激发光，通过所述参考光与所述散射光之间的干涉图案的光学对比度，使得所述纳米级对象在所述检测器处被成像，其中，所述基板包括设置在所述基板的第一侧上的光学涂层，使得当所述样品被施加在所述基板上时所述样品与所述光学涂层接触，并且其中，所述激发光在所述样品界面处的反射程度使得所述光学对比度与使用在没有所述光学涂层的情况下形成的所述样品界面获得的所述光学对比度相比更大。2.根据权利要求1所述的光学系统，还包括：第一光学元件，被配置为将用于所述激发光束到所述成像透镜中的路径与用于所述参考光和所述散射光到所述检测器中的路径分开。3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述第一光学元件被配置为偏振分束器。4.根据权利要求3所述的光学系统，还包括：结构化波片，在所述第一光学元件与所述成像透镜之间，其中，所述结构化波片包括被配置为向所述激发光束赋予第一延迟的内部区域和被配置为向所述激发光束赋予第二延迟的外部区域。5.根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述第一延迟与所述第二延迟之间的差在0.7π到0.99π之间。6.根据权利要求4或5所述的光学系统，其中，所述第二延迟为零。7.根据权利要求4至6中任一项所述的光学系统，其中，所述内部区域的面积小于4mm2。8.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述光学系统还包括在所述第一光学元件与所述成像透镜之间的四分之一波片，且其中，所述激发光相对于所述偏振分束器的对准是s偏振的，使得所述激发光在所述第一光学元件处基本上被反射到所述成像透镜中。9.根据权利要求3至5中任一项所述的光学系统，其中，所述照明源包括第一照明源和第二照明源，
其中，所述第一照明源提供处于第一波段内的波长处的第一激发光，所述第一激发光是用于所述参考光和所述散射光的所述激发光，其中，所述第二照明源为所述纳米级对象的荧光激发提供处于第二波段内的波长处的第二激发光，且其中，所述第一光学元件还被配置为将所述第二激发光与所述第一激发光组合到所述成像透镜中，并将荧光光线透射到所述检测器中，使得通过所述纳米级对象发射的所述荧光光线所述纳米级对象还在所述检测器处被成像。10.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述纳米级对象包括多组荧光团，每组荧光团具有不同的激发光谱，并且其中，所述第二照明源被配置为，为相应组的荧光激发提供处于多个波长处的第二激发光。11.根据权利要求9或10所述的光学系统，其中，所述第一照明源包括具有快速电流调制的超发光发光二极管或单模二极管激光器。12.根据权利要求9至11中任一项所述的光学系统，其中，所述光学系统被配置为使得所述干涉图案和所述荧光光线在所述检测器的光敏区域的分开的部分上被同时接收。13.根据任一前述权利要求所述的光学系统，其中，所述激发光的入射角被布置成使得所述激发光到所述检测器中的杂散反射程度被降低。14.根据任一前述权利要求所述的光学系统，其中，所述光学涂层被配置为使得所述激发光在所述样品界面处的反射程度与所述激发光的杂散反射程度相匹配，其中，所述杂散反射对应于所述激发光在除所述样品界面之外的形成于所述光学系统内的界面处被反射并随后在所述检测器处被检测到的部分。15.根据权利要求1至13中任一项所述的光学系统，其中，所述光学涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：牛津纳米成像有限公司，
类型：发明
国别省市：