[發明專利]一種用于觀察由物體反向散射的輻射的方法和裝置

有效

• 申請號: 201780087330.0
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN110612443B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 艾曼紐·舒爾茨;達米安·德克;米歇爾·洛克;塞里曼·本艾哈邁德
• 申請（專利權）人: 原子能和替代能源委員會;人工智能應用公司
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/51;G01N15/00;C12Q1/02;G01N15/02
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

一種用于觀察物體(3)、特別是生物物體的裝置和方法。裝置具有適于照射樣本(2)的光源(10)。在照射的作用下，物體(3)發射傳播到屏幕(20)的反向散射的輻射(14)，屏幕的表面積大于100cm。反向散射的輻射(14)在屏幕(20)上的投射形成代表反向散射的輻射(14)的圖像，由術語衍射圖表示。使用圖像傳感器(30)來獲取代表在屏幕(20)上形成的衍射圖的圖像。裝置還包括反射元件(13)和連接支持件(17)，反射元件設置在屏幕(20)和物體(3)之間，適于沿垂直于樣本平面(XY)的入射軸(Z)反射入射光束(12)的一部分，反射元件與屏幕(20)的第一面(20i)剛性地固定；連接支持件(17)在反射元件(13)和屏幕(20)之間延伸，連接支持件(17)用于將反射元件(13)與到屏幕(20)固定，且反射元件(13)和/或連接支持件(17)被配置為吸收在物體(3)和屏幕(20)之間傳播的反向散射的輻射(14)的至少50％。

技術領域

本發明的技術領域是基于由物體反向散射的輻射的圖像來觀察和識別物體，尤其是生物物體，特別是細菌菌落。

背景技術

微生物(特別是細菌)識別針對各種領域是需要的。例如，在診斷領域中，細菌的識別允許了解引起感染的病原體的性質，并且允許優化患者的治療。另外，細菌識別是流行病學或抗醫院感染的基本技術。除健康領域之外，應用還可以包括但不限制于衛生、安全和食品加工領域。

目前存在允許進行這種識別的各種有效儀器。所使用的方法特別是質譜法、拉曼光譜法、比色測試、菌落形態學分析或核酸擴增技術。使用光譜技術(質譜法或拉曼光譜法)的方法需要昂貴的器件和合格的操作者。比色方法更簡單，但是通常更慢。關于核酸擴增，需要在滿足精確的操作條件時連續執行許多步驟。

專利US74665560描述了一種基于利用微生物對入射激光束的散射和衍射來表征微生物的方法。微生物設置在激光光源和圖像傳感器之間。在激光束照射的作用下，獲得出現衍射圖案的圖像，該圖案構成觀察到的微生物的特征。專利US8787633描述了一種用于相同目的的方法。這些文獻描述了一種用于識別細菌的方法，所述方法似乎很有希望，但是如果設置有細菌的培養基是不透明的、有色的或散射的，該方法就變得不適用。特別地，這些方法使用以所謂的透射配置形成的圖像，其中樣本設置在光源和圖像傳感器之間。如果要獲得可利用的圖像，則樣本必須足夠透明。因此，該方法與包含有色培養基的樣本不相容，例如包含羊血液中的哥倫比亞瓊脂的、已知為哥倫比亞血瓊脂(Columbia Blood Ship，COS)的培養基。所述方法也不適用于例如胱氨酸乳糖電解質缺乏(cystine lactoseelectrolyte deficient，CLED)瓊脂的散射基質，或例如巧克力瓊脂的不透明基質。然而，這種培養基頻繁地用于臨床診斷。

專利申請WO2016/097063通過提出一種用于觀察微生物的方法部分地解決了該問題，在該方法中圖像不是以透射配置形成的，而是以反向散射配置形成的。樣本由激光束照射。反向散射的輻射通過收集光學器件聚焦在圖像傳感器上。文獻WO2016/054408描述了一種類似的配置，反向散射的輻射由CMOS圖像傳感器收集，CMOS圖像傳感器的有效表面積可以達到17.28cm²。

在Huisung Kim等人的出版物中也描述了以反向散射配置操作的裝置，即“eflected scatterometry for non invasive interrogation of bacterialcolonies”，International society for optical engineering,SPIE,vol.21,N°10,october 2016(“用于非侵入性詢問細菌菌落的反射散射法”，國際光學工程學會SPIE，vol.21，no.10,2016年10月)。在該配置中，平坦屏幕設置在樣本和圖像傳感器之間。所述屏幕允許背面投設由樣本反向散射的輻射。樣本由激光束照射，激光束在到達樣本之前由反射板反射。反射板的面積為25cm²。US5241369中也描述了半透明屏幕的使用。