專利名稱：微陣列的化學(xué)成像系統(tǒng)與方法
微陣列的化學(xué)成像系統(tǒng)與方法背景技術(shù)光鐠成像綜合了數(shù)字成像與分子光i普學(xué)技術(shù)，它可以包括拉曼散 射、熒光、光致發(fā)光、紫外、可見與紅外吸收光譜。當(dāng)應(yīng)用于材料的 化學(xué)分析時，光鐠成像通常被稱為化學(xué)成像。進行光鐠(即化學(xué))成 像的裝置包括集像光學(xué)器件、焦點平面陣列成像探測器與成像分光計。一般，樣本尺寸決定著集像光學(xué)器件的選擇。例如顯微鏡通常用 來分析亞微米至毫米的空間尺寸的樣本。至于較大的在毫米級到米級 范圍的物體，則可以采用適當(dāng)?shù)拇蟮耐哥R。對于位于較難達到環(huán)境中 的樣本，例如可以采用柔性纖維鏡或剛性管道鏡。對于極大尺寸的物 體例如行星式的物體，則望遠鏡是適當(dāng)?shù)募窆夤馄骷?。通常，所研究的陣列包括排列于陣列卡上的多個樣本。常規(guī)的陣 列包括4寸x6寸的阱板，這些阱板一般具有用于置納樣本的96個阱。 各阱中的樣本可以包括相似或不相似的物質(zhì)。這樣，例如常規(guī)的陣列 可以包括多達96個不同的樣本。為了以常規(guī)的微型拉曼儀獲得各樣本 的光i普圖像或光語，將所需波長(人照明)的點激光束形式的激勵光導(dǎo) 引這96個樣本之一。在獲得了第一個樣本的適當(dāng)圖像或光譜后，再 將此照明光源導(dǎo)向下一個阱并重復(fù)此過程。這種逐個地將各個樣本成 像的傳統(tǒng)方法費時費力。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一種實施形式涉及用來同時地獲得一個陣列中許多樣本 的光語圖像的方法。此各個圖像是空間上可分辨的。在一種實施形式 中，此方法包括(a):以照明光子同時地照明多個樣本中的每一個， 所述照明光子與各個樣本相互作用，從各個樣本產(chǎn)生出相互作用的光 子；(b)從各個樣本上同時地收集各相互作用的光子；(c)根據(jù)多個
樣本各個之上收集的光子同時地形成光鐠圖像。在另一實施形式中，本發(fā)明涉及一種用來對多個樣本進行同時形成光語圖像的方法。此方法包括提供由至少兩個樣本確定的陣列， 以照明光子照明這兩個樣本中的每一個，所述照明光子與各個樣本相 互作用而由各樣本產(chǎn)生出相互作用的光子；用光學(xué)器件從各個樣本上 同時收集相互作用的光子；用處理設(shè)備根據(jù)同時收集各個樣本的相互 作用光子形成光鐠圖像。在一種實施形式中，此陣列所具有的外部尺 寸使得這些樣本是在上述光學(xué)器件的一致視場中。在又另一實施形式中，本發(fā)明涉及用來對排設(shè)在陣列上的多個樣 本進行同時形成光譜圖像的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括用來給所述多個樣本 提供照明光子的照明光源，這些照明光子與所述多個樣本中的各個相 互作用而發(fā)射出相互作用光子；用來接受這多個樣本的陣列，此陣列 所具有的外部尺寸能使這些樣本在光學(xué)器件的一致視場中；用來收集 這些相互作用光子并將其導(dǎo)引給成像裝置的光學(xué)器件，此成像裝置同 時地形成與這許多樣本中的各個相對應(yīng)的許多圖像。這各個圖像在空 間上是可分辨的。


圖l是具有多個樣本阱的常規(guī)陣列的示意圖；圖2是用于對圖1陣列中的樣本進行光譜成像的系統(tǒng)的示意圖；圖3是本發(fā)明一實施例的陣列的示意圖。
具體實施方式
圖l是具有多個樣本阱的常規(guī)陣列的示意圖。具體地說，圖l示 明具有阱110的陣列卡100。阱110運用于各接收一個樣本(未圖示)。 此樣本可以是生物樣本、有機樣本或無機樣本。陣列100可視作為具 有尺寸axb。典型的陣列卡具有的尺寸為3英寸x4英寸，總共有96 個阱。陣列卡的這種尺寸使之即便不是不可能也未必可以將各個阱中 所有的樣本(例如96個樣本)都裝配到成像裝置的視場內(nèi)。換言之，
此成像裝置的視場太小，不足以在一次同時形成一個以上樣本的光鐠 圖像。結(jié)果，各個樣本必須逐一地成像。圖2概示用來對圖1陣列中樣本形成光語圖像的系統(tǒng)。系統(tǒng)200 包括的陣列卡100具有阱110，各個阱中包含一個樣本，照明光源210 將具有照明波長(X,)的照明光子215導(dǎo)引到阱110中所含目標(biāo)樣本 上。照明光子與樣本相互作用，從目標(biāo)阱中發(fā)射出相互作用光子217。 為了從發(fā)射出的光子217形成圖像，目標(biāo)阱必須在光學(xué)器件220的視 場中。光學(xué)器件220收集并導(dǎo)引相互作用光子到成像系統(tǒng)203，形成 目標(biāo)阱IIO中所含樣本的圖像。由于光學(xué)器件220的衍射極限以及陣列100的尺寸限制，此整個 系統(tǒng)的視場限定于一個樣本而多個樣本的任何圖像在空間上將不可分 辨、從圖2的示意圖易知，光學(xué)器件220局限于緊鄰其在前方的阱的 視場。結(jié)果，這些阱必須依順序的方式一次釆一個樣本。于是操作者 不得不順次地沿X和/或Y方向移動陣列100以一次獲取一個樣本的 光鐠圖像。根據(jù)本發(fā)明的一種實施形式，陣列100的形狀、尺寸或形式構(gòu)造 成，使得所有的樣本都落入集光器件的視場內(nèi)。例如，本發(fā)明一種實 施形式的系統(tǒng)包括有給所述多個樣本提供照明光子的照明光源。此照 明光源可以相對于該陣列位于上方、下方或傾斜方向。這些照明光子 與各個樣本基本上同時地相互作用而發(fā)射出相互作用的光子。然后用光學(xué)器件收集相互作用的光子并把它們引向成像裝置。而同時地形成 與這各個樣本對應(yīng)的多個圖像。本發(fā)明 一種實施形式的陣列可具有這樣的外部尺寸，使得所有的 或許多個樣本都落入此光學(xué)器件或集光器件的視場之內(nèi)。由于集光器 件的視場是此器件的衍射能力及其至樣本距離的函數(shù)，因而可使陣列 的尺寸能適合將基本上所有的樣本落入集光器件的視場內(nèi)。這樣，根 據(jù)本發(fā)明一種實施形式陣列的尺寸由陣列和光學(xué)焦點之間距離的函數(shù) 確定。根據(jù)本發(fā)明另一個實施形式陣列的尺寸由部分或全部樣本落入 集光器件的視場之內(nèi)確定。這樣就可同時地形成所有樣本的光語圖像而不必移動此陣列。圖3概示本發(fā)明一實施形式的陣列。具體相對于用來同時地獲得 多個樣本圖像的成像系統(tǒng)示明一陣列300。這些樣本排列于此陣列卡 300之上，陣列卡300的尺寸可使所有的樣本能落入集光器件320的 視場之內(nèi)。集光器件320例如可以包括一或多個物鏡與濾光片。照明光源310可以是任何適用來產(chǎn)生具有所需激勵光波長的光子 的發(fā)射源。雖然此照明光源310是以斜角相對于陣列300定位，但本 發(fā)明并不局限于這種情形。例如，照明光源310可以與集光器件320 同心地位于陣列300之下或之上，使激勵光子315可到達阱300。集光器件320同時地收集所有的或幾乎所有的由樣本發(fā)射出的相 互作用光子。這些相互作用光子可以包括拉曼。熒光、吸收、反射與 透射的(transmitted)光子。相互作用光子可以通過照明光子與各樣 本的相互作用而形成。集光器件320使所收集的光子(未圖示)聚焦 并將由此形成的圖像導(dǎo)引到可調(diào)諧濾光器340?？烧{(diào)諧濾光器340包 括液晶可調(diào)諧濾光器("LCTF")、濾光器輪或聲光可調(diào)諧濾光器?？?調(diào)諧濾光器340可以產(chǎn)生多個與陣列300中各樣本對應(yīng)的光譜(過濾 出的波長)。成像器件如電荷耦合器件("CCD")或CMOS圖像傳感 器可以從可調(diào)諧濾光器340接收已濾波的波長。由于許多個、即使不 是所有的、樣本都是在集光器件的視場之內(nèi)。因而由成像器件350形 成的圖像包括陣列中各對應(yīng)樣本的圖像。根據(jù)本發(fā)明一實施形式，用來同時獲得陣列中多個樣本的光鐠圖 像的方法包括(a)從照明光子同時照明這多個樣本中的各個以由各 樣本產(chǎn)生出相互作用光子；(b)從各個樣本同時收集光子；(c)根據(jù) 從所有樣本同時收集的光子來形成光鐠圖像。這些相互作用的光子可 以包括拉曼、吸收、熒光與反射光子。在又另一實施形式中，所述陣列設(shè)計成具有的外部尺寸約為 l畫100mm2，例如3mm2、 4mm2、 6mm2、 10mm2。其他的典型尺寸包 括2x4mm2、 4x4mm2、 6x4mm2與6x8mm2。所述阱的尺寸與位置可 以選擇成使之適合陣列的外部尺寸。此外，阱的個數(shù)可以根據(jù)所需用
途增減。其他未具體提示的陣列尺寸被視作為在這里所公開的原理范 圍內(nèi)。在另一實施形式中，可以在陣列300與光學(xué)器件320之間設(shè)置一 放大鏡或其他光學(xué)裝置，用光學(xué)方法減小陣列卡的尺寸以使多個樣本 能裝配于光學(xué)器件320的視場內(nèi)。此放大鏡可以是獨立的外圍裝置或 可以與集光器件320組合。上面業(yè)已相對于特殊的典型實施形式公開了本發(fā)明的原理，但應(yīng) 認識到本發(fā)明的原理并不局限于此，而是包括了這里所公開的具體實 施形式的所有改型與變更型式。
權(quán)利要求
1. 為設(shè)在基片上的樣本陣列，通過對各個樣本獨立于其他樣本進行照明而提供其光鐠圖像的方法，此方法包括下述步驟(i) 用光子同時照明所有樣本以從各樣本產(chǎn)生發(fā)射的光子；(ii) 在可調(diào)諧濾光器同時接收所有樣本發(fā)射出的光子；和(iii) 根據(jù)所發(fā)射的光子形成光鐠圖像，此光鐠圖像包括多個子 圖像，每個子圖像對應(yīng)于樣本陣列中的一個樣本。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中發(fā)射的光子還包括拉曼、吸收、 熒光、反射與透射光子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中的可調(diào)諧濾光器選自LCTF與 AOTF構(gòu)成的組中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟(iv)從上述多個子圖 像中選擇一子圖像；和(v)形成所述樣本的獨立圖像。
5. 同時獲得陣列的多個樣本的光i普圖像的方法，此方法包括(a )以照明光子同時照明這多個樣本的每個，所述照明光子與各 樣本相互作用，由各個樣本產(chǎn)生相互作用光子；(b) 從各個樣本同時收集相互作用光子；和(c) 根據(jù)從此多個樣本所收集的光子同時形成光鐠圖像。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，通過可調(diào)諧濾光器對所探測的光子進 行濾光。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述相互作用光子包括拉曼、吸 收、熒光與反射光子。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括提供具有多個阱的陣列。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括提供由具有多個樣本的基片所 確定的陣列。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括提供由具有多個樣本的基片 所確定的陣列，所述陣列具有的尺寸不大于6mm2。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括提供由具有多個樣本的基片 所確定的陣列，所述陣列具有的尺寸不大于3mm2。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中此多個樣本的光譜圖像是空間 可分辨的。
13. 同時地形成多個樣本的光鐠圖像的方法，此方法包括 提供由至少兩個樣本確定的陣列；以照明光子照明這兩個樣本的各個，所述照明光子與各樣本相互作用，由各個樣本產(chǎn)生相互作用光子；用光學(xué)器件從各個樣本同時收集這些相互作用光子； 由處理設(shè)備根據(jù)從各樣本同時收集的光子形成光譜圖像； 其中上述陣列具有的外部尺寸使得這些樣本是在此光學(xué)器件一致的視場之內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中同時照明這兩個樣本的各個。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中處理設(shè)備是可調(diào)諧濾光器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述光學(xué)器件還包括光學(xué)透鏡。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中通過可調(diào)諧濾光器對探測的光 子進行濾光。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中相互作用的光子包括拉曼、吸 收、熒光與反射光子。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括提供具有多個阱的陣列。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中的陣列不大于6mm2。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中的陣列不大于3mm2。
22. 對排列在陣列上的多個樣本同時形成光鐠圖像的系統(tǒng)，此系 統(tǒng)包括為所述多個樣本提供照明光子的照明光源，這些照明光子與此多 個樣本的各個相互作用而發(fā)射出相互作用光子；用于接收該多個樣本的陣列，此陣列所具有的外部尺寸可使這些 樣本位于光學(xué)器件的一致視場之內(nèi)；用于收集這些相互作用光子并把這些光子導(dǎo)引到成像器件的光學(xué) 器件，此成像器件同時形成與這多個樣本的各個對應(yīng)的多個圖像； 其中這多個樣本的每個是空間可分辨的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中的光i普圖像還包括拉曼圖像與 熒光圖像。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述相互作用光子包括拉曼、 熒光、照明、發(fā)射反射、吸收與透射光子。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述照明光源是激光源。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述照明光源是點狀激光。
27. 根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)器件還包括透鏡。
28. 根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)器還包括濾光片。
29. 根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述成像裝置還包括可調(diào)諧濾 光器與電荷耦合器件。
30. 根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述陣列還包括尺寸小于lcm2 的基片。
31. 根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述陣列還包括尺寸小于 3mmx4mm的基片。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于微陣列的化學(xué)成像的系統(tǒng)與方法。在一種實施形式中，本發(fā)明涉及用以對設(shè)于陣列(300)上的多個樣本同時形成光譜圖像的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括為所述多個樣本提供照明光子的照明光源(310)，這些照明光子與所述多個樣本中的各個相互作用而發(fā)射出相互作用光子；用來接受這多個樣本的陣列(306)，此陣列(300)所具外部尺寸能使這些樣本在光學(xué)器件(320)的一致視場中，用來收集這些相互作用光子并將其導(dǎo)引給成像裝置(350)的光學(xué)器件(320)，此成像器件(350)同時地形成與這許多樣本中的各個相對應(yīng)的許多圖像。
文檔編號G01J3/00GK101147048SQ200580049276
公開日2008年3月19日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者戴維·圖謝爾, 托馬斯·C.·沃伊特 申請人:凱米映像公司