[发明专利]具有纳米阱的图案化阵列的降维结构化照明显微术

说明书

描述了用于通过使用图案化流动池来减少生物样本的结构化照明成像中所需的角度数目的技术，其中图案化流动池的纳米阱以例如方形阵列或不对称阵列布置。因此，减少了对生物样本的细节进行解析所需的图像数目。还描述了使用图案化流动池将结构化照明成像与线扫描组合的技术。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年1月24日提交的并且标题为“Reduced DimensionalityStructured Illumination Microscopy With Patterned Arrays Of Nanowells”的美国临时专利申请号62/621,564、以及于2018年3月20日提交的并且标题为“ReducedDimensionality Structured Illumination Microscopy With Patterned Arrays OfNanowells”的荷兰专利申请号N2020622的优先权。前述申请中的每个前述申请的全部内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

生物学研究中的许多最新发展得益于用于对核酸进行分析和测序的改进方法。例如，人类基因组计划已确定了人类基因组的整个序列，希望它将引起范围从疾病处理到基础科学发展的领域的进一步发现。最近，已报道了许多新的DNA测序技术，这些技术基于对未扩增或扩增的单个分子(以平面阵列形式或呈珠形)的大规模平行分析。

在这种新的测序技术中用于分析核酸序列的方法通常基于荧光核苷酸或寡核苷酸的检测。结构化照明显微术(SIM)描述了一种这样的测序技术，通过该测序技术，空间结构化(即，图案化)的光可以用于对样本成像，以将显微镜的横向分辨率提高两倍或更多。在样本成像期间，可以在各种图案相位(例如，在0°、120°和240°)采集样本的图像，其中通过绕光学轴线旋转图案定向(例如，旋转60°和120°)来重复该过程。所捕获的图像(例如，九个图像，一个图像针对每个图案相位处的每个定向角)可以被组装为具有经扩展的空间频率带宽的单个图像。单个图像可以重新变换到真实空间中，以生成具有比显微镜通常可以分辨的分辨率高的分辨率的图像。

在SIM系统的通常实现中，线性偏振光束被引导通过光学衍射光栅，光学衍射光栅将光束衍射成两个或更多分离的阶，该两个或更多分离的阶可以被投影在成像的样本上，作为正弦干涉条纹图案。在这些实现中，通过绕光学轴线旋转光学衍射光栅来控制所投影的光学衍射光栅图案的定向，同时通过使光学衍射光栅跨轴线横向地移动来调节图案的相位。在这样的系统中，光学衍射光栅被安装在平移台上，平移台进而被安装在旋转台上。附加地，在光栅处接收到由光源发射的光之前，这种系统使用线性偏振器来将由光源发射的光偏振。

图1A图示了样本100和投影到样本100上的光学衍射光栅图案102的一个示例。尽管样本100可以包括不可分辨的较高空间频率，但是在样本100上覆盖具有已知较低空间频率的光学衍射光栅图案102会导致莫尔条纹。这有效地将不可分辨的较高空间频率移动到显微镜可分辨的较低空间频率。如上所述，利用光学衍射光栅图案102相对于样本100的不同定向/角度和相位来捕获样本100的图像，产生可以被组合成单个图像的图像，该单个图像被重新变换到真实空间中，以生成具有较高分辨率的图像。

发明内容

本文所公开的系统和方法的示例针对用于以下的技术：减少使用SIM、特别是借助图案化流动池来对荧光样本进行解析所需的维度和图像数目，以及利用光束相对于荧光样本的移动来实现可以与线扫描技术一起使用的SIM实现。

根据一种实现，一种对生物样本进行成像的方法包括：将光学图案投影到生物样本上，并且捕获覆盖在生物样本上的光学图案的第一图像。附加地，方法可以包括：使投影的光学图案相对于生物样本相移，并且捕获覆盖在生物样本上的经相移的光学图案的至少第二图像。再进一步地，该方法可以包括：基于捕获的第一图像以及捕获的至少第二图像，重新构建表示生物样本的高分辨率图像。