[发明专利]拉曼光谱法与高级光学显微法的集成系统及其应用

说明书

一种用于样本上的多模态成像的集成光谱显微系统包含反射差分干涉对比度(RDIC)显微镜、与所述RDIC显微镜光学耦合的拉曼光谱仪以及与所述RDIC显微镜光学耦合的全内反射荧光/散射(TIRF/TIRS)显微镜，使得所述集成光谱显微系统能够同时获取同一样本上的RDIC图像、拉曼光谱和TIRF/TIRS图像。

相关专利申请案的交叉引用

本申请依据35 U.S.C.§119(e)要求2018年8月17日提交的第62/719,412号美国临时专利申请的优先权和权益，所述美国临时专利申请以全文引用的方式并入本文中。

在本发明的描述中引用并论述一些参考文献，其可包含专利、专利申请案以及各种公开案。所述参考文献的引用和/或论述仅仅为了阐明对本发明的描述而提供，且并不是承认任何所述参考文献是在此所描述的本发明的“现有技术”。在本说明书中引用和讨论的所有参考文献都以全文引用的方式并入本文中，并且以如同每一参考文献都是以引用的方式单独地并入的相同程度并入本文中。就记法来说，在下文中，“[n]”表示参考文献列表中引用的第n个参考文献。举例来说，[19]表示参考列表中引用的第19个参考，即，Wang,G.、Sun,W.、Luo,Y.、Fang,N.，《解析工程化环境中的纳米物体和具有金纳米棒的活细胞的旋转运动以及差分干涉对比显微法》，美国化学会志2010,132(46),16417-22。

技术领域

本发明大体上涉及光谱法和显微法的领域，且更具体地说，涉及拉曼光谱法与高级光学显微法的集成系统及其应用。

背景技术

本文中提供的背景描述是出于大体上呈现本发明的上下文的目的。发明背景部分中论述的主题不应由于其在发明背景部分中提到而仅仅假设成现有技术。类似地，在背景部分中提到的或与背景部分的主题相关联的问题不应被假定为先前已经在现有技术中得到识别。发明背景部分中的主题仅表示不同方法，其本身还可以是发明。在发明背景部分中描述的程度的当前提出的发明人的研究以及在递交时并未另外取得现有技术资格的描述的方面既不明确地也不默许地承认是针对本发明的现有技术。

光学显微法成像在纳米材料和生物材料的研究以及分子和纳米尺度级的基本化学过程(例如，扩散、吸收和反应)中已起到日益重要的作用。然而，其广泛化学应用已经因缺乏光学显微法图像中样本的确定化学信息而受阻。经常需要光谱技术(拉曼、IR等)作为伴随工具来获得样本的结构指纹。可同时提供样本的物理和化学特性的系统对于物理化学特性的更完整理解是必要的[1-9]。

迄今为止，对确切相同样本(或样本的确切相同区)，特别是对经历连续变换的样本执行原位显微和光谱测量仍具有挑战性[10-16]。现有的多模态光谱显微系统采用显微法模式大部分用于相对简单的目的，例如样本定位和荧光图像获取。在过去十年已变成显微法发展的标志的更高级特征，包含单分子灵敏度、亚衍射有限空间分辨率和快速(毫秒范围)时间分辨率，很少与光谱测量组合。

另一方面，在纳米和传统的宏观尺度(块体)材料之间的中间尺度(从～10nm到10μm)出现新的挑战和机会。许多功能材料开始在中尺度展现其功能表现，其中纳米尺度构建块被组装成更复杂的功能架构以获得与环境的更多样的交互和更大功能性。即使在过去数十年大量的研究已在纳米尺度结构上获得显著进展，但固有地为动态且亚稳定的中尺度结构仍然相对地未开发。缺乏中尺度的知识已经限制我们预测和优化功能材料的性能的能力且经常将其应用限制于试错法。很需要一种能够对在环境刺激下经受连续变换的相同样本区域执行各种物理和化学测量并将其关联起来的原位多模态表征系统来监视和了解中尺度材料的演进。

因此，在所属领域中存在迄今为止未解决的对于解决前述缺陷和不足的需要。

发明内容