[发明专利]扫描共焦显微术中的改进以及与之相关的改进

说明书

技术领域

本发明涉及扫描共焦显微术，更特别地涉及对安装在扫描共焦显微系统中的样本的一个或多个区域的选择性照明（illustration）。

背景技术

共焦显微镜通常用于观察半透明显微物体的内部细节，特别是在生物应用中，其通常采用荧光照明。这种显微镜的基本特征是利用通过小孔（pinhole）聚焦的光照射样本并且结合对通过相同小孔返回的光的观察，结果是检测到的光基本上与该小孔在样本内的特定像平面相关，而不是与样本上方或下方的平面相关。这样能够在该样本内获得准确的深度分辨率。通常，将激光器用于在小孔处提供非常紧聚焦的强光束。

如上所述，这种系统给出了有关该样本中仅一个点的信息。然而，利用两个可选的和全然不同的方法能够扩展这种原理，从而提供该样本的扩展像（image）。在第一种方法中，称作‘扫描光斑（scanning spot）’，在感兴趣的区域上对小孔进行光学扫描，记录返回的强度，以便重建样本的像。在第二种方法中，平行照射许多小孔，以同时给出整个感兴趣区域的信息。一种这样的配置是‘Nipkow盘（disk）’，其中将小孔设置在盘中，然后使该盘旋转以给出该区域的多次扫描的覆盖。这种方法特别适合应用于对活细胞的高速成像，这是目前生物学中相当受关注的课题。然而，本发明与各种形式的共焦扫描有关，但尤其涉及采用多个小孔的共焦扫描。

一些已知的分析技术涉及向样本的选定区域投送强光束，以便改变该选定区域中的样本材料属性。例如，在荧光显微术中所使用的许多染料在暴露于非常强的光源时会‘漂白（bleach）’。

漂白特定的区域使该区域被‘标记’－使其与其他本来不可区分开的相邻区域区分开，从而允许该区域在移动和显影时被追踪。这种‘光致漂白后的荧光恢复（Fluorescence Recovery After Photobleaching）’（或者FRAP）允许细胞内的传送机能被监视。通常，扩散过程将使漂白斑在一时间段之后恢复，该时间段是由扩散的速率决定的。对于粘性低的媒质，这一过程会非常快，在微秒数量级。

目标照射（targeted illumination）的第二个实例是光催化（photoactivation）。一些染料在被非常强的光源催化时会改变其荧光色。同样，这使某一区域被‘标记’并且允许传送机能被研究。

扫描光斑共焦系统非常适于目标照射应用。单个扫描光斑覆盖了样本的所有部分，所以在光斑位于感兴趣区域上方的同时提高激光功率产生了目标照射。尽管这种方法较慢且低效，但是一些年来目标照射已经可用在扫描光斑系统中。

然而，对于旋转盘系统并非如此，其中光学装置的平行照射无法显著提高指定区域上的光强度。

发明内容

本发明提供了一种用于将光束输入到从扫描共焦显微系统的共焦扫描头延伸到显微镜的光路中以照射安装在显微镜中的样本的选定区域的组件，其中所述组件包括：

－ 光输入端，用于接收来自光源的光束；

－ 射束（beam）引导装置，用于根据样本的选定区域的形状来控制光束的路径；以及

－ 射束耦合器，用于将光束选择性地耦合到从共焦扫描头到显微镜的光路中，其中由射束引导装置来控制射束方向以便照射选定区域。

特别地，光束的强度可足以漂白样本选定区域的荧光部分或者以其它方式改变其光学属性，使得例如FRAP或者光催化实验能够进行。

该显微系统的安排（其中来自该组件的光束被选择性地输入到共焦头所使用的相同端口中）是有益的，因为这允许耦合（切换）装置被设置在显微镜外。因此，能够在无需进入显微镜内部或者无需在显微镜内容纳附加部件的情况下实现本发明。

为了留有足够空间供该组件插在共焦扫描头与显微镜端口之间，该组件可以包括光中继器（optical relay），用以将在共焦扫描头与显微镜之间的光路上形成的样本像从该组件的显微镜侧中继（relay）到该组件的扫描共焦头侧。因此共焦扫描头的工作基本上不会因引入该组件而受到影响。

优选的是，该光中继器包括在光路中限定了孔的挡板（baffle），用以减少杂散光的透射（transmission）。

可以在射束耦合器与显微镜之间提供场镜（field lens）以会聚光束。

射束耦合器可以包括反射元件，该反射元件能被选择性地插入在共焦扫描头与显微镜之间的光路中，以促进透射的光束注射（inject）到光路中。反射元件可以采用反射镜（mirror）的形式。有利的是，反射元件可以是分束器，以允许样本在该组件的照射期间被观察。