[發明專利]芯片上4D光場顯微鏡

無效

• 申請號: 201180053527.5
• 申請日: 2011-11-06
• 公開（公告）號: CN103348215A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 彼得·范洛恩;S·雨果
• 申請（專利權）人: 科學與工業研究理事會
• 主分類號: G01B9/04
• 分類號: G01B9/04;G01N33/483
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

(CSIR-001PCT)

技術領域

本發明大體涉及芯片上無透鏡顯微鏡系統，其包括光流控顯微鏡和全息成像顯微鏡。?

背景技術

可負擔得起的診斷成為21世紀的主要需求，以便確保個人診斷和床旁保健醫療，其對于發展中國家(從低成本立場來看)和發達國家(就由大量的老年人口導致的不堪重負的醫療基礎實施而論)兩者均是關鍵的。借助于現代工程技術、測量法和生物標記檢測法，關鍵的信息可被提取，且疾病的化學標記的特征可被在單滴的人體體液(血液、組織液、尿液、或唾液)中觀測到。由于生物樣本通常被限定，而樣本中的感興趣分子或蛋白質的濃度大多數位于pmol/L的范圍，高靈敏度的、特定的以及準確度的檢測器對于最小化的樣本體積是必要的。微流控傳感器或廣泛地芯片實驗室技術對于改進發展中國家人們的健康具有極大的但未證實的潛力。自從1990年前后LOC和微流控技術的現代開端以來，以遠程設置方式的使用，借助于它的小尺寸、對于樣本的低容量需求、以及快速分析，已作為該技術的潛在的其中一個最有力應用被意識到。確實，由于使流體驅動、樣本預處理、樣本分離、信號放大和信號檢測集成到單個器件的發展，便攜的LOC器件現在開始被用于遠程設置。以它們的立場，這些器件仍不適于在發展中國家的極端資源貧乏的環境中使用；然而，這些進展將LOC研究領域放置在處理全球健康的深刻問題的最佳位置上，其中，器件設計中的挑戰可論證為最大的需求，且對于新的健康技術的需求最大。?

Yang等的美國專利號為7751048的一種光流控顯微鏡器件，公開了一種具有光透過區域的器件和一種被用于對流動穿過流體通道的目標成像的光檢測器件。?

Ciu等的美國專利號為7768654的一種基于微分干涉相襯和/或表面等離激元輔助干涉的芯片上相位顯微鏡/光束剖面儀，公開了一種基于楊氏干涉的DIC顯微鏡和/?或光場剖面儀。?

Yang等的美國專利號為7751048的一種表征包括流體通道及具有光透過區域的主體的光流控顯微鏡器件，公開了一種包括流體通道的器件，該流體通道具有表面和諸如穿過流體通道的細菌或病毒流之類的目標，同時處于流體通道的底部的光成像元件被用于對該目標成像。?

Fletcher等的PCT公開號為WO2009/088930的一種高數值孔徑的電信顯微鏡裝置，公開了一種由具有用于急病診斷、癥結分析和術后監護的相機的手機組成的成像系統。?

Raskar等的美國專利號為7792423的一種4D光場相機，公開了一種通過在場景被感測前調節4D光場來獲取場景的4D光場的相機。?

在光流控學的范圍內，存在對于以新的方式研究樣本的需求。?

而且在光流控學的范圍內，存在對于圖像的更佳分辨率的需求。?

而且，在光流控學的范圍內，存在對于低成本、無標記型生物檢測的需求，這是因為大多數生物檢測平臺使用具有有限的貨架期限并且昂貴的生物標記。?

而且，在光流控學的范圍內，存在對于允許較少假陰性結果的增加的靈敏度的需求。?

而且，在光流控學的范圍內，存在對于允許較少假陽性的特異性的需求。?

發明內容

本發明涉及一種新穎的低成本芯片上實驗室(LOC)診斷平臺，其可被廣泛用于床旁保健器件和個人診斷。特別地，所提出的發明涉及芯片上光流控顯微鏡(OFM)系統，其集成等離激元透鏡、微流控器件和CMOS圖像傳感器陣列，以及能夠通過計算攝影術產生4D圖像。所提出的傳感器平臺可被附連到手機，并將手機相機用于床旁保健器件和個人診斷用途。?

本發明能夠提供對光流控需求的解決方案。本發明通過改進取樣率(提高每秒的圖像數)能夠提供更佳的分辨率。本發明能夠利用標準塊CMOS技術提供低成本無標記型生物檢測技術，以便能夠進行廉價且有效的生物檢測。本發明通過具有改變研究的觀察點和場深的能力，能夠提供增強的靈敏度(較少的假陰性結果)和特異性(較少的假陽性)。大多數生物樣本為群集的，并且通過具有改變觀察點的能力，本發明?提高了計數和區分細胞的能力。本發明能夠提供芯片上光場光流控顯微鏡(LF-OFM)系統，其集成了等離激元透鏡、微流控器件、和CMOS(互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器陣列，并且能夠通過計算攝影術利用4D光場產生3D圖像。?