全內反射式橢偏成像裝置和成像方法
2023-09-23 19:36:35 1
專利名稱：全內反射式橢偏成像裝置和成像方法
技術領域：
本發明涉及一種光學成像方法和成像裝置，特別是一種利用橢偏術的光學成像方法和成像裝置。
背景技術：
橢偏術是廣泛用於薄膜分析的一種光學技術，它能夠實時監測薄膜在固體表面上分子膜的形成過程。傳統的橢偏術檢測薄膜時採用的多為外反射模式，即探測光波以一定的入射角度直接照射在待分析的薄膜上。近幾年研究發現，橢偏術也可以採用全內反射模式對薄膜進行分析，即探測光波從薄膜的基底入射，當入射角度大於臨界角度時，產生全反射，僅有倏逝波在光疏介質形成，並影響反射光的偏振狀態。因此界面處的膜層的微小變化，即可引起反射光波的偏振態的變化。全內反射式橢偏術具有明顯的優點檢測靈敏度比傳統橢偏術有顯著提高；由於探測光波不直接穿過溶液，所以可以實現不透明溶液中薄膜的監測，同樣的原因也使得溶液池的設計更為靈活，不需要再設計光波入射窗口和嚴格的角度要求。目前全內反射式橢偏術中採用的都是傳統的橢偏儀，窄探測光束，以光電倍增管為探測器，只能實現單點單樣品測量。
發明內容
為解決現有技術存在的問題，本發明提供一種全內反射式橢偏成像裝置和成像方法。本發明解決了現有的成像裝置和成像方法只能實現單點單樣品測量的問題。
本發明的全內反射橢偏成像裝置，包括光源，該光源所發出的光束照射待測樣品；依次位於光源與待測樣品之間的入射光的光路上的，用於將光束變換為偏振光的起偏器，用於將光束變換為單色光的濾波裝置(濾波器或單色儀)，一用於改變偏振光的偏振狀態的補償器(相移器或1/4波片)；位於待測樣品的反射光的光路上的檢偏器和透鏡；還包括準直系統，位於入射光的光路上，使光源所發出的光形成擴展的準直光；待測樣品固體表面的分子膜層和/或分子膜層的形成過程和演變過程；稜鏡，入射面接收光源所發出的探測光束並與探測光速相垂直，探測光束通過反射面照到待測樣品；位於待測樣品的反射光路上的CCD或CMOS探測器，它對擴展探測光束照射的樣品上的所有點同時進行成像測量。
進一步地，本發明的全內反射橢偏成像裝置還可以具有如下的特點所述的待測樣品附於稜鏡的反射面上。
在稜鏡的反射面上有鍍膜層。
進一步地，本發明的全內反射橢偏成像裝置還可以具有如下的特點所述的待測樣品附於透明固體基片的一側，透明固體基片的另一側與稜鏡的反射面相接觸，共同構成稜鏡的反射面。
在透明固體基片附待測樣品的一側有鍍膜層。
上述的鍍膜層為鍍金膜層或鍍銀膜層。
所述鍍膜層的厚度為150納米以下。
本發明的全內反射橢偏成像方法，包括如下的步驟將一準直的單色入射光形成偏振光，將該光束形成為擴展的探測光束，然後將該光束以入射角α照射至待測樣品；對擴展的探測光所照射區域樣品上的所有點的反射光束同時進行CCD或CMOS成像測量。
所述的入射角為0°＜α＜90°，優選的是，所述的入射角為10°≤α≤80°。
本發明實現了全內反射式橢偏成像技術。橢偏成像技術是近幾年發展起來的一種新型的橢偏技術，它不但具有傳統橢偏術所有的優點，而且由於採用了擴展探測光束，以CCD或CMOS為探測器，所以把測量模式由點擴展到了面，即對擴展探測光束照射區域的所有點同時進行CCD或CMOS成像測量，而且測量結果以直觀的圖像進行顯示。全內反射式橢偏成像技術同時具有了全內反射式橢偏和成像橢偏的所有優點。本發明還把全內反射式橢偏成像技術同陣列式微流道技術(已申請專利)結合起來，從而實現了高靈敏度多點多樣品實時測量。
圖1是本發明實施例1的總體結構示意圖，圖2是本發明實施例1中稜鏡和待測樣品的結構示意圖，圖3是本發明實施例2中稜鏡和待測樣品的結構示意圖，圖4是本發明實施例3中稜鏡和待測樣品的結構示意圖，圖5是本發明實施例4中稜鏡和待測樣品的結構示意圖，圖6是本發明實施例5中微流道裝置的結構示意圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施實例用於進一步說明本發明描述的方法，但是並不意味著本發明局限於這些實施例。
實施例1參閱圖1，本實施例的全內反射橢偏成像裝置，由光源1、準直系統2、起偏器3、濾波裝置4、補償器5、透鏡6、檢偏器7、CCD或CMOS探測器8、稜鏡9、待測樣品10組成。光源所發出的光束照射待測樣品；用於將光束變換為偏振光的起偏器，用於將光束變換為單色光的濾波裝置，一用於改變偏振光的偏振狀態的補償器(相移器或1/4波片)依次位於光源與待測樣品之間的入射光的光路上；所述的濾波裝置為濾波器或單色儀。關於光源的，這裡不局限於某一種單色光，而是從白光中濾出的任何單色光都有可能應用。檢偏器和透鏡位於待測樣品的反射光的光路上。準直系統位於入射光的光路上，使光源所發出的光形成擴展的準直光；待測樣品記錄固體表面的分子膜層和/或分子膜層的形成過程和演變過程；稜鏡的入射面接收光源所發出的探測光束並與探測光束相垂直，探測光束通過稜鏡的反射面照到待測樣品；CCD或CMOS探測器位於待測樣品的反射光路上，它對擴展探測光束照射的樣品上的所有點同時進行成像測量。
注CCD-Charge Coupled Device電荷耦合器件。
COMS-Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor互補型金屬氧化物半導體。
參閱圖2，本實施方式所述的待測樣品10附於稜鏡9的反射面上。
本實施方式的全內反射橢偏成像方法，包括如下的步驟將一準直的單色入射光形成偏振光，將該光束形成為擴展的探測光束，然後將該光束以入射角α照射至待測樣品；對擴展的探測光所照射區域的所有點的反射光束同時進行CCD或CMOS成像測量。
所述的入射角α為55°。
實施例2參閱圖3，本實施例與實施例1不同之處在於在稜鏡9的反射面上有鍍膜層12，待測樣品10附於鍍膜層12上。上述的鍍膜層為鍍金膜層或鍍銀膜層。所述鍍膜層的厚度為50納米以下。
實施例3參閱圖4，本實施例與實施例1不同之處在於所述的待測樣品10吸附於透明固體基片13的一側，透明固體基片的另一側與稜鏡9的反射面相接觸，並共同構成稜鏡的反射面。
實施例4
參閱圖5，本實施例與實施例3不同之處在於在透明固體基片13附待測樣品10的一側有鍍膜層12，待測樣品10附於鍍膜層12上。上述的鍍膜層為鍍金膜層或鍍銀膜層。所述鍍膜層的厚度為50納米以下。
實施例5參閱圖6，本實施例與實施例1-4的不同之處在於採用一個微流道裝置11將待測樣品附於稜鏡9或透明固體基片13上。所述的微流道裝置11的本體一側有一條或若干條流道11-1，每條流道上有與本體另一側相通的孔11-2。將稜鏡或透明固體基片貼在有孔一側的微流道裝置上，通過流道的待測樣品即可通過孔附於稜鏡或透明固體基片上。
實施例6本實施方式的全內反射式橢偏成像裝置和方法，同時實時監測多種蛋白質在透明固體基片表面上的吸附，其步驟是1、透明固體基片安裝在示意圖1中所示位置；2、啟動橢偏成像儀，同時通過液泵把蛋白質溶液分別輸入微流道中，當溶液與玻璃片接觸時蛋白質分子吸附在玻璃片上形成蛋白質膜層；3、橢偏成像儀實時監測蛋白質膜層在玻璃片上的形成過程，並且以圖片的形式記錄在計算機中，至蛋白質膜層厚度不再發生變化(分子膜層飽和)時終止記錄。
實施例7本實施方式的全內反射式橢偏成像技術同時實時監測多對抗原抗體相互作用，其具體步驟是1、把鍍有金膜的透明固體基片安裝在示意圖中所示位置；2、通過液泵把抗體溶液分別輸入微流道中，使溶液與金膜接觸，在金膜上形成飽和抗體分子膜層；3、啟動橢偏成像儀，同時通過液泵把抗原溶液分別輸入微流道中與相應的抗體分子進行結合；4、橢偏成像儀實時監測抗原抗體相互作用過程，並且以圖片的形式記錄在計算機中，至抗原膜層厚度不再發生變化(飽和)時終止記錄。
實施例8本實施方式的全內反射式橢偏成像技術同時實時監測多對受體配體相互作用，具體步驟是1、把鍍有銀膜的透明固體基片安裝在示意圖中所示位置；2、通過液泵把受體溶液分別輸入微流道中，使溶液與銀膜接觸，在金膜上形成飽和受體分子膜層的陣列；3、啟動橢偏成像儀，同時通過液泵把配體溶液分別輸入微流道中與相應的受體分子膜層單元內的受體進行結合；4、橢偏成像儀實時監測受體配體相互作用過程，並且以圖片的形式記錄在計算機中，至陣列中各單元的配體—受體膜層厚度不再發生變化(飽和)時終止記錄。
實施例9本實施例與實施例1不同的是所述的入射角α為15°。其它結構與實施例1相同。
實施例10本實施例與實施例1不同的是所述的入射角α為45°。其它結構與實施例1相同。
實施例11本實施例與實施例1不同的是所述的入射角α為75°。其它結構與實施例1相同。
實施例12本實施例與實施例1不同的是所述的入射角α為85°。其它結構與實施例1相同。
權利要求
1.全內反射橢偏成像裝置，包括光源，該光源所發出的光束照射待測樣品；依次位於光源與待測樣品之間的入射光的光路上的，用於將光束變換為偏振光的起偏器，用於將光束變換為單色光的濾波裝置，用於改變偏振光的偏振狀態的補償器；位於待測樣品的反射光的光路上的檢偏器和透鏡；其特徵在於，還包括準直系統，位於入射光的光路上，使光源所發出的光形成擴展的準直光；待測樣品固體表面的分子膜層和/或分子膜層的形成過程和演變過程；稜鏡，入射面接收光源所發出的探測光束並與探測光束相垂直，探測光束通過反射面照到待測樣品；位於待測樣品的反射光路上的CCD或CMOS探測器，它對擴展探測光束照射的樣品表面上的所有點同時進行成像測量。
2.如權利要求1所述的全內反射橢偏成像裝置，其特徵在於所述的待測樣品附於稜鏡的反射面上。
3.如權利要求2所述的全內反射橢偏成像裝置，其特徵在於在稜鏡的反射面上有鍍膜層。
4.如權利要求1所述的全內反射橢偏成像裝置，其特徵在於所述的待測樣品附於透明固體基片的一側，透明固體基片的另一側與稜鏡的反射面相接觸，共同構成稜鏡的反射面。
5.如權利要求4所述的全內反射橢偏成像裝置，其特徵在於在透明固體基片附待測樣品的一側有鍍膜層。
6.如權利要求3或5所述的全內反射橢偏成像裝置，其特徵在於所述鍍膜層為鍍金膜層或鍍銀膜層。
7.如權利要求6所述的全內反射橢偏成像裝置，其特徵在於所述鍍膜層的厚度為150納米以下。
8.如權利要求1所述的全內反射橢偏成像裝置，其特徵在於採用一個微流道裝置將待測樣品結合到稜鏡或透明固體基片上。所述的微流道裝置的本體一側有一條或若干條流道，每條流道上有與本體另一側相通的孔。
9.全內反射橢偏成像方法，其特徵在於，包括如下的步驟(1)將一準直的入射光形成偏振光，將該光束形成為擴展的探測光束，然後將該光束以入射角α照射至待測樣品；(2)對擴展的探測光所照射的樣品區域的所有點的反射光束同時進行CCD或CMOS成像測量。
10.如權利要求9所述的全內反射橢偏成像方法，其特徵在於所述的入射角為0°＜α＜90°。
11.如權利要求9所述的全內反射橢偏成像方法，其特徵在於所述的入射角為10°≤α≤80°。
全文摘要
全內反射橢偏成像裝置及成像方法，它涉及一種利用橢偏術的光學成像方法和成像裝置。本發明的全內反射橢偏成像裝置，包括光源、起偏器、濾波裝置、補償器、檢偏器、透鏡、位於入射光的光路上使光源所發出的光形成擴展的準直光準直系統、待測樣品、稜鏡和位於待測樣品的反射光路上的CCD或CMOS探測器，CCD或CMOS探測器對擴展探測光束照射樣品上的所有點同時進行成像測量。本發明的方法，包括將一準直的單色入射光形成偏振光，將該光束形成為擴展的探測光束，然後將該光束以入射角α照射至待測樣品；對擴展的探測光所照射區域的所有點的反射光束同時進行CCD或CMOS成像測量。本發明解決了現有的成像裝置和成像方法只能實現單點單樣品測量的問題。
文檔編號G01N21/17GK1963464SQ20051011769
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月8日 優先權日2005年11月8日
發明者靳剛, 王戰會, 陳豔豔, 孟永宏 申請人:中國科學院力學研究所