[发明专利]用于多点扫描显微的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于多点扫描显微的设备和方法。该设备具有：多色光源；分束设备；第一光学装置，用于提供照射光路，照射光路用于将单独的照射子光束分别引导并且聚焦到待检验的样本上或样本中的光斑中；扫描单元；检测单元，用于检测在用单独的照射子光束辐照之后，检测子光束中的被样本辐射的检测光；第二光学装置，用于提供将检测子光束引导到检测单元的检测光路；控制和评价单元，用于控制扫描单元并且用于评价检测单元检测的检测光。所述设备的特征在于，在照射子光束中的至少两个照射子光束的照射光路中，存在用于独立地设定相应照射子光束的光谱组成的可控光束操纵装置，并且控制和评价单元被设计成控制光束操纵装置。

技术领域

在第一方面，本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种用于多点扫描显微的设备。在第二方面，本发明涉及根据权利要求24的前序部分的一种用于多点扫描显微的方法。

背景技术

例如，在WO 13 131 808 A1中描述了一种用于多点扫描显微的常用装置，该设备具有以下构件：多色光源，其用于提供至少一个照射光束；分束设备，其用于将照射光束分束成多个照射子光束；第一光学装置，其提供照射光路，以将单独的(individual)照射子光束分别引导并聚焦到待检验的样本上或样本中的光斑中；扫描单元，其用于在样本上方引导光斑；检测单元，其用于检测在用单独的照射子光束辐照之后的检测子光束中的样本辐射的检测光；第二光学装置，其用于提供将检测子光束引导到检测器单元的检测光路；以及控制和评价单元，其用于控制扫描单元并且用于评价检测单元检测的检测光。

在WO 13 131 808 A1中还公开了一种用于多点扫描显微的常用方法。这里，执行以下步骤：用多色光源提供至少一个照射光束，将照射光束分束成多个照射子光束，将单独的照射子光束分别在照射光路中引导到待检验的样本上或样本中的光斑中并且在样本上方进行扫描，将在用单独的照射子光束辐照之后的检测子光束中的样本辐射的检测光引导到检测器单元并且由检测器单元进行检测。

激光扫描显微已经发展成生命科学中不可缺少的工具。特别地，散射背景下的三维结构的成像是适于大范围的生物医疗应用的方法。特别地，该方法的多面性导致了对应系统得以广泛传播和宽广的应用领域。

然而，该方法仍然有一系列问题。这些问题包括：第一，荧光被漂白并且通常对样本造成光损伤的显著倾向；第二，图像记录相对较慢；第三，相比于宽场方法，噪声增加。

这些问题的原因在于图像形成的类型。通常这样执行，使得点，更具体地，照射点扩散函数(PSF)的体积顺序地对样本进行光栅扫描或扫描。在针孔处将离焦光相对于焦点信号光区分开。这造成用光学层析的性质来生成图像。这意味着，只有来自焦平面的光才对信号有贡献。以此方式，也能对光学上更致密且略有散射的样本进行无模糊成像。一方面，用激光束对样本进行扫描导致焦斑的功率高。这是照射斑，在样本上或样本中，照射光被聚焦到照射斑上或照射斑中。另一方面，对样本进行扫描促进仅缓慢图像形成，这受到扫描仪的速度或样本中的染料发射速率的限制。因为在样本中相应地只扫描小体积，所以样本中的染料发射速率本质上是低的。

尽管共聚焦显微在生命科学中的非常广泛的传播，但它特别地具有以下问题：为了以可接受的信噪比(SNR)生成信息，必须在短时间内生成一定数目的光子(例如，对于以大约3的SNR在1μs的像素时间中检测10个光子，是10MHz速率信号光子；由于系统中的损失，导致样本中的速率必须还要高得多)。这与以下关联：第一，样本的漂白；第二，使在活细胞显微的视场中不能进行或者至少相当程度更难进行许多参数检验的损伤。

缩短像素时间造成图像形成略快，但另一方面，造成用于足够高信号生成的焦斑中的甚至更高的功率。因此，不能够用单斑激光扫描显微镜来解决与1)图像速度、2)良好的信噪比和3)低光子损伤这三个基本要求相关的内在困境。