[发明专利]微球透镜组件

说明书

微球透镜组件(10)包括微球透镜(1)和基础透镜(3)，其二者通过光学透明材料(2)形成的柱体连接在一起，所述光学透明材料(2)形成的柱体将微球透镜(1)相对于基础透镜(3)保持在固定位置上。当微球透镜(1)相对于基础透镜(3)固定在正确的位置上时，可以结合合适的显微镜来使用组件(10)，用于进行超分辨率显微和/或加工。

技术领域

本发明涉及微球透镜组件。特别地，本发明涉及微球附接到显微镜的物镜上的微球透镜组件。本发明还涉及这种微球透镜组件的制造和用途。

背景技术

由于远场衍射极限的存在，常规光学显微成像分辨率在可见光谱内具有约200nm的理论极限；由此导致常规光学显微成像不适于对结构小于此极限的对象成像，例如，活病毒(通常为5-150nm，有些能达到300nm)。为了使这些结构的成像超越光学衍射极限，已使用了其它技术。

透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)通常用于在真空中以非常高的分辨率(10nm)对专门制备的死病毒结构成像。这些技术需要复杂的样品制备过程，并且不适于体内成像和检测(电子束会影响活细胞、病毒等)。

原子力显微镜(AFM)可通过接触式探针对小结构样品进行良好的成像。样品易于受到AFM尖端的损坏。此外，该技术并不提供真是的图像，而是提供重建的成像。

受激发射损耗(STED)荧光显微术是一种近年来建立起来的能够超越光学衍射极限、以低至6nm分辨率对细胞结构、细菌和病毒进行成像的方法。该技术是基于在荧光样品被特定波长的激光激发时对其发射的光的检测以及使用另一不同波长的激光关闭部分荧光区。STED荧光显微术可提供更好的分辨率，但需要对样品进行复杂的制备(荧光标记)，而这并不总是适于活生物体的成像。荧光成像技术主要可对有机样品提供良好的结果。然而，对于高分辨率，该技术面临着光漂白的挑战，其将最小曝光时间限制在几十秒。

近年来，使用定位在物镜和样品之间的微球阵列证实了超分辨率成像。在这种阵列中使用的微球通常具有10μm级的直径。微球的使用使得能够捕获存在于“远场”区域中具有不同折射率的两种不同介质的边界处的倏逝波。这些倏逝波携带有高空间频率亚波长信息，并随距离呈指数衰减。因此，靠近表面的微球在检测所述倏逝波上比常规物镜更有效。

CN102305776B公开了一种直径为1-9μm、用作透镜的微球，其与要成像的对象接触或距离其小于100nm的距离。要成像的对象必须是金属样品或镀金样品(用于半导体材料)。检测机制是基于检测出现于金属与非金属间的表面等离子体。微球球托有两种类型：顶部8μm、底部2.8μm的位于硅中的锥形孔，使用UV固化粘合剂来固定微球；透明玻璃尖端，使用UV固化粘合剂来固定微球。这类结构不是特别地牢固，或者不适于容易地装配到现有微球上。此外，微球没有附接到物镜上，因此，不能保证可与物镜的光轴对准。

WO2015/025174A1公开了一种嵌入主体材料(弹性材料、玻璃或塑料)中并置于工件上的微球阵列。这种透镜薄片可重复用于成像。微球阵列难以制造，并且易碎、易于损坏。使用如此小的微球也给图像的增加失真和更受限的视野带来了困难。此外，微球没有附接到物镜上，因此，不能保证可与物镜的光轴对准。

超分辨率成像设备还可适于用于基于激光的微细加工。在这种技术中，加工分辨率受到聚焦激光束光斑尺寸的限制。该尺寸为激光波长的一半，因此，很难加工亚波长结构。先前的研究工作证实了使用散布在目标对象表面上的微球可以进行超分辨率成像或亚波长激光加工。对于实际的加工技术，微球不可以放置在加工对象上。因此，这种技术还需要简单、牢固、可进行准确定位并且易于装配到现有显微镜上的安装结构。

因此，本发明的目的是实现至少部分克服或缓解部分上述问题的超分辨率显微术和/或微加工。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种微球透镜组件，包括基础透镜、微球透镜和自所述基础透镜的前表面延伸至所述微球透镜的光学透明材料形成的柱体。