[發明專利]用于多點掃描顯微的設備和方法

有效

• 申請號: 201710073108.7
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN107064082B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 蒂莫·安胡特;丹尼爾·施韋特;托比亞斯·考夫霍爾德;布克哈德·羅舍爾;斯特凡·威廉
• 申請（專利權）人: 卡爾蔡司顯微鏡有限責任公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G02B21/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 魯山;孫志湧

本發明涉及一種用于多點掃描顯微的設備和方法。該設備具有：多色光源；分束設備；第一光學裝置，用于提供照射光路，照射光路用于將單獨的照射子光束分別引導并且聚焦到待檢驗的樣本上或樣本中的光斑中；掃描單元；檢測單元，用于檢測在用單獨的照射子光束輻照之后，檢測子光束中的被樣本輻射的檢測光；第二光學裝置，用于提供將檢測子光束引導到檢測單元的檢測光路；控制和評價單元，用于控制掃描單元并且用于評價檢測單元檢測的檢測光。所述設備的特征在于，在照射子光束中的至少兩個照射子光束的照射光路中，存在用于獨立地設定相應照射子光束的光譜組成的可控光束操縱裝置，并且控制和評價單元被設計成控制光束操縱裝置。

技術領域

在第一方面，本發明涉及根據權利要求1的前序部分的一種用于多點掃描顯微的設備。在第二方面，本發明涉及根據權利要求24的前序部分的一種用于多點掃描顯微的方法。

背景技術

例如，在WO 13 131 808 A1中描述了一種用于多點掃描顯微的常用裝置，該設備具有以下構件：多色光源，其用于提供至少一個照射光束；分束設備，其用于將照射光束分束成多個照射子光束；第一光學裝置，其提供照射光路，以將單獨的(individual)照射子光束分別引導并聚焦到待檢驗的樣本上或樣本中的光斑中；掃描單元，其用于在樣本上方引導光斑；檢測單元，其用于檢測在用單獨的照射子光束輻照之后的檢測子光束中的樣本輻射的檢測光；第二光學裝置，其用于提供將檢測子光束引導到檢測器單元的檢測光路；以及控制和評價單元，其用于控制掃描單元并且用于評價檢測單元檢測的檢測光。

在WO 13 131 808 A1中還公開了一種用于多點掃描顯微的常用方法。這里，執行以下步驟：用多色光源提供至少一個照射光束，將照射光束分束成多個照射子光束，將單獨的照射子光束分別在照射光路中引導到待檢驗的樣本上或樣本中的光斑中并且在樣本上方進行掃描，將在用單獨的照射子光束輻照之后的檢測子光束中的樣本輻射的檢測光引導到檢測器單元并且由檢測器單元進行檢測。

激光掃描顯微已經發展成生命科學中不可缺少的工具。特別地，散射背景下的三維結構的成像是適于大范圍的生物醫療應用的方法。特別地，該方法的多面性導致了對應系統得以廣泛傳播和寬廣的應用領域。

然而，該方法仍然有一系列問題。這些問題包括：第一，熒光被漂白并且通常對樣本造成光損傷的顯著傾向；第二，圖像記錄相對較慢；第三，相比于寬場方法，噪聲增加。

這些問題的原因在于圖像形成的類型。通常這樣執行，使得點，更具體地，照射點擴散函數(PSF)的體積順序地對樣本進行光柵掃描或掃描。在針孔處將離焦光相對于焦點信號光區分開。這造成用光學層析的性質來生成圖像。這意味著，只有來自焦平面的光才對信號有貢獻。以此方式，也能對光學上更致密且略有散射的樣本進行無模糊成像。一方面，用激光束對樣本進行掃描導致焦斑的功率高。這是照射斑，在樣本上或樣本中，照射光被聚焦到照射斑上或照射斑中。另一方面，對樣本進行掃描促進僅緩慢圖像形成，這受到掃描儀的速度或樣本中的染料發射速率的限制。因為在樣本中相應地只掃描小體積，所以樣本中的染料發射速率本質上是低的。

盡管共聚焦顯微在生命科學中的非常廣泛的傳播，但它特別地具有以下問題：為了以可接受的信噪比(SNR)生成信息，必須在短時間內生成一定數目的光子(例如，對于以大約3的SNR在1μs的像素時間中檢測10個光子，是10MHz速率信號光子；由于系統中的損失，導致樣本中的速率必須還要高得多)。這與以下關聯：第一，樣本的漂白；第二，使在活細胞顯微的視場中不能進行或者至少相當程度更難進行許多參數檢驗的損傷。

縮短像素時間造成圖像形成略快，但另一方面，造成用于足夠高信號生成的焦斑中的甚至更高的功率。因此，不能夠用單斑激光掃描顯微鏡來解決與1)圖像速度、2)良好的信噪比和3)低光子損傷這三個基本要求相關的內在困境。