荧光增强的光热红外光谱学和共聚焦荧光成像制造技术

所公开的实施方式包括用于荧光增强的光热红外(FE

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】荧光增强的光热红外光谱学和共聚焦荧光成像


[0001]本文所公开的实施方式总体涉及使用光学系统即使用红外光、可见光或紫外光对材料进行研究或分析。本文所描述的实施方式涉及成像和光谱学，并且更具体地，涉及对用于获取指示样品的光学性质和/或材料或化学成分的光谱信息(例如与结合同时并置的荧光成像的红外(IR)吸收光谱相关的信息)的光热成像和光谱学系统以及技术的增强。

技术介绍

[0002]红外(IR)光谱学是用于材料的化学表征和分析的强大技术，其包括在复杂环境例如生物材料中对化学物种进行绘制和识别。红外光谱学通过用红外辐射的光束照射样品，并且然后对从样品吸收、透射、反射和/或散射的光的量进行测量来工作。红外光特别是中红外光(波长为2.5μm至20μm)的频率与分子键中的振动频率对应。因此，当样品被中IR光照射时，其将吸收与样品中的化学物种的特定分子振动相对应的IR辐射频率下的光。通过测量根据IR频率的样品对IR光的吸收(即IR吸收光谱)，吸收峰的图案提供了可以用于表征和/或识别样品中的化学物种的“指纹”。
[0003]光学光热红外(OPTIR)光谱学是使用具有比常规的傅里叶变换红外(FTIR)光谱学精细十倍或更多倍的空间分辨率的红外光谱学来提供化学分析的新兴领域。OPTIR通过使用较短波长“探测光束”感测样品的红外吸收区域中的光热畸变来实现比常规IR光谱学更高的空间分辨率。例如，在美国专利第9,091,594号、第9,841,324号和第10,677,722号以及美国公开专利申请第US 2020
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0025677 A1号和第US 2019
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0120753 A1号和美国申请序列第16/366,982号中描述了各种OPTIR技术。
[0004]共聚焦荧光显微术是基于激光的技术，其中，一个波长的辐射激发在第二波长或波长范围处检测到的样品中的荧光响应。针对生物材料(例如细胞、组织和有机体)的不同的功能元素和结构元素，已经开发了大量的荧光染料库。荧光显微术使得研究人员和临床医生能够对样品的显微照片进行创建、可视化和分析，在样品的显微照片中每个颜色表示生物材料内的特定目标结构的分布。例如，在Renz，“Fluorescence Microscopy
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A historical and Technical Perspective”Cytometry Part A，第83卷，第767页至第779页(2013)中和Sanderson等人，“Fluorescence Microscopy”Cold Spring Harb Protoc.2014(10)：pdb.top071795.doi:10.1101/pdb.top071795.中描述了各种荧光显微术技术。
[0005]迄今为止，OPTIR光谱学和荧光显微术尚不能在同一分析仪器上可用。

技术实现思路

[0006]所公开的实施方式包括用于荧光增强的光热红外(FE
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PTIR)光谱学和化学成像的方法和设备，该方法和设备使得能够利用同时共聚焦荧光成像对IR吸收进行高灵敏度和高空间分辨率测量。在各种实施方式中，FE
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PTIR技术利用组合的/同时的OPTIR和荧光成像，与之前的工作相比，该FE
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PTIR技术通过同时使用同一光学检测器对IR吸收和共聚焦荧光两者同时进行检测而提供了显著的改进和益处。
[0007]在各种实施方式中，所述技术提供IR吸收测量和荧光测量的搭配，使得能够对通过荧光测量被可视化的结构元素与通过红外光谱学进行的化学分析进行鲁棒的相关比较。在各种实施方式中，所述技术将IR吸收测量仅定位到由特定荧光染料荧光标记的区域，从而提供了IR测量的极端定位以及比可以通过常规OPTIR测量获得的更好的空间分辨率。在一些实施方式中，所述技术将光热信号的百分数强度增强了大约100倍。在一些实施方式中，所述技术提供了从样品收集的背景探测辐射量的显著减少，使得OPTIR测量中的噪声降低。
[0008]在实施方式中，一种从样品获得荧光测量和光热红外测量以表征样品的化学成分的方法包括：用红外光束照射样品以产生样品的红外照射区域，并且然后至少部分地与样品的红外照射区域交叠地用探测光束照射样品的区域，其中，探测光束包括比红外光短的激发波长。对由探测光束与样品相互作用引起的包括来自样品的探测光束照射区域的荧光发射的光进行收集和滤波以基本上阻挡在激发波长处的光，并且至少部分地透射来自样品的探测光束照射区域的荧光发射。检测器对来自样品的探测光束照射区域的荧光发射进行检测，并且响应于样品的红外吸收来确定所检测到的荧光发射的调制的量。确定所检测到的荧光发射的调制的量以便产生指示样品的IR吸收的信号，其中，指示IR吸收的信号基于样品的化学成分。
[0009]在实施方式中，一种从样品获得荧光测量和光热红外测量以表征样品的化学成分的方法，所述方法：用经调制的红外光的光束照射样品以产生样品的红外照射区域，并且然后至少部分地与样品的红外照射区域交叠地用探测光束照射样品，其中，探测光束包括比红外光短的激发波长，并且其中，在激发波长处的光激发样品中的荧光发射。对从样品的被红外光束和探测光束两者照射的区域发射的荧光进行检测，并且与经调制的红外光的光束的周期同步地对所检测到的荧光的变化进行解调。经解调的变化用于产生指示样品的IR吸收的信号。
[0010]上面的
技术实现思路
并非旨在对本文主题的每个示出的实施方式或每个实现方式进行描述。随后的附图和具体实施方式更具体地例示了各种实施方式。
附图说明
[0011]结合附图参照以下具体实施方式对本文所提供的实施方式的方面和优点进行了描述。贯穿附图，可以重复使用附图标记来指示引用的元素之间的对应关系。附图被提供以示出本文所描述的示例实施方式，而并非旨在对本公开内容的范围进行限制。
[0012]图1A是用于荧光增强的光热红外光谱学和同时共聚焦荧光成像的显微镜系统的概念上的简化框图。
[0013]图1B是图1A的一部分的放大视图。
[0014]图2是用于采用反向传播几何结构的荧光增强的光热红外光谱学和同时共聚焦荧光成像的显微镜系统的概念上的简化框图。
[0015]图3是用于采用反向传播几何结构和透射检测的荧光增强的光热红外光谱学和同时共聚焦荧光成像的显微镜系统的概念上的简化框图。
[0016]图4是用于采用具有倒置光学显微镜配置的反向传播几何结构的荧光增强的光热红外光谱学和同时共聚焦荧光成像的显微镜系统的概念上的简化框图。
[0017]图5是用于具有多线激光激发和多线荧光检测的荧光增强的光热红外光谱学和同时共聚焦荧光成像的显微镜系统的概念上的简化框图。
[0018]虽然各种实施方式适合于各种修改和替选形式，但是其细节已经通过附图中的示例示出并且将被详细描述。然而，应当理解，意图并非是将所要求保护的专利技术限制于所描述的特定实施方式。相反，意图是涵盖落入权利要求书所限定的主题的精神和范围内的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从样品获得荧光测量和光热红外测量以表征所述样品的化学成分的方法，所述方法包括：(a)用红外光束照射所述样品以产生所述样品的红外照射区域；(b)至少部分地与所述样品的所述红外照射区域交叠地用探测光束照射所述样品的区域，其中，所述探测光束包括比所述红外光短的激发波长；(c)对由所述探测光束与所述样品相互作用引起的包括来自所述样品的探测光束照射区域的荧光发射的光进行收集；(d)对所收集的光进行滤波以基本上阻挡在所述激发波长处的光，并且至少部分地透射来自所述样品的所述探测光束照射区域的所述荧光发射；(e)在检测器处对来自所述样品的所述探测光束照射区域的荧光发射进行检测；(f)响应于所述样品的红外吸收来确定所检测到的荧光发射的调制的量；以及(g)使用所检测到的荧光发射的调制的量来产生指示所述样品的IR吸收的信号，其中，所述指示IR吸收的信号基于所述样品的化学成分。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述红外源是能够在多个红外波长处发射红外光的宽带源。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述红外源能够被调谐成在多个红外波长处发射红外光。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述确定所检测到的荧光的调制的量包括锁定放大器、陷波滤波器、RMS到DC转换器和谐振放大器中的至少一个。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，用一个或更多个荧光标签对所述样品进行标记。6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述样品包括在所述探测光束的照射下自发荧光的至少一种成分。7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过测量有所述IR光束照射所述样品的情况与没有所述IR光束照射所述样品的另一情况之间的所检测到的荧光的量的差来确定所检测到的荧光的调制的量。8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述样品包括生物细胞、生物组织和生物有机体中的至少一种。9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，用小于1微米的空间分辨率对所述指示红外辐射的吸收的信号进行测量。10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所检测到的荧光的调制具有每摄氏度至少0.1％、或更优选地每摄氏度至少0.5％、或甚至更优选地每摄氏度至少1％的百分数变化。11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所检测到的荧光的调制具有增强的灵敏度，所述增强的灵敏度是在不使用与荧光对应的数据的情况下实现常规光热光谱学的系统的灵敏度的至少10倍高。12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括创建所述样品的区域的IR吸收图和荧光发射图的步骤。13.根据权利要求12所述的方法，其中，基本上同时获得IR吸收图和荧光发射图。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在多个红外波长处对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格，
申请(专利权)人：光热光谱股份有限公司，
类型：发明
国别省市：