[发明专利]共焦成像的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光学成像领域。确切地说，本发明涉及用于检测微 阵列的成像系统。

背景技术

光学显微镜提供用于以亚微米级分辨率来研究样本的一种有力的工 具。例如，在生物与医学中，使用一些合适的分子标签如一些荧光标签以及一 些荧光免疫检验标签来标记单个的分子，并且用光学显微镜来检测来自这些标 签的独特信号以确定它们的存在。亚微米级分辨率的检测不仅允许确定被标记 分子的存在，还允许确定它们在细胞或者组织之中的或者在其周围的位置。

光学显微检测系统的两个相互矛盾的目标涉及到提供高速的成像与高 分辨率的成像。典型地，光学显微镜的分辨率与成像速度成反比。因此，通常 实现更高的分辨率要以更低的检测速率为代价。协调上述矛盾的一种技术是根 据观测样本的细节或者其他实验条件来选择性地选定系统的分辨率。因此，人 们在样本中搜索所感兴趣的区域时可以使用较低的分辨率来实现较高的速度 而随后一旦找到所感兴趣的位置，就能够以较高的分辨率来成像，尽管是以增 加图像采集时间为代价。

显微镜在三个维度上研究样本的能力已经有了一些显著的提高。共焦 显微镜的出现以及通过相关技术所获得的一些改进，允许以高分辨率来检测三 维空间中的一个离散点，同时排除来自该点周围空间的一些不需要的信号。可 以进行扫描共焦显微术来有效地从样本中取出检测点并且采集来自各个点的 信号以重建该样本的精确三维图像。

为光学显微镜开发的技术已经应用到了其他的一些图像检测领域。例 如，该技术已经用于获取包含成千上万个附着在一个基片表面的分子探头微阵 列的图像。对所感兴趣的生物样本曝光之后对该微阵列的表面成像允许同时评 估成千上万个目标分子，从而提供大量关于该样本的信息。例如，微阵列可以 用来确定在一些特定条件下表达的基因的数量和类型，它可以进而提供对该条 件的生物响应的整体的看法。而且，可以使用微阵列来评估个体的基因组成之 间的相似性与差异性以便可以确定一些具体特征的遗传基础。关于个体的基因 表达反应和基因组成的信息可以用于诊断和预测目的，例如，确定对某种特定 疾病的易感性或者对某种特定药物的反映。

尽管微阵列检测已经从光学显微方法的进展受益，但关于微阵列成像 有许多领域还没有充分地涉足。特别是，旨在提高光学显微方法的图像分辨率 与采集效率的那些进展已经通过改进三维共焦检测与改变放大倍率级别而实 现。但是，阵列检测典型地仅仅在二维上并且以一个固定的放大倍率水平来进 行。另外，高分辨率光学显微方法方面的许多进展偏重分辨率的提高而不是扫 描速度。这些进展对于一个或者几个生物细胞级别的小样本的成像是有利的， 但是，这些进展未必有助于对实质上更大样本如微阵列的高分辨率扫描。

因此，对于允许以高分辨率与高速度来对微阵列以及其他二维的基片 进行成像的扫描装置与方法存在一种需要。本发明满足了这一需要并且还提供 了其他优点。

发明内容

对于微阵列成像与分析，本发明提供一种新颖的方法来满足这些需求。 该技术可以广范的微阵列技术一起使用，包括由微珠粒、照相平版术、印刷技 术、电化学技术等等制成的一些阵列。该技术依靠微阵列的共焦线扫描来对基 片上的一些单独的点成像。扫描线可以包括一个以上光波长，例如来自激光器 的组合波长的激励所产生的一个反向光束(retrobeam)中用于读取不同颜色 的一对互补波长，它们共焦地指向该微阵列上顺续的位点线。共焦线扫描的使 用大大提高了微阵列的成像速度，同时显著地降低了作为该阵列上相邻位点的 不需要的激励的结果而产生的串扰的潜在可能性。