[发明专利]一种多波长阵列式快速高空间分辨率拉曼成像方法和装置

说明书

一种多波长阵列式快速高空间分辨率拉曼成像方法和装置，该方法包括将n台不同波长的激光器所发出的激光组合成一个扫描阵列，n台不同波长的激光器发出的n束波长不同的激光分别聚焦于n个待测量位置，同一扫描阵列中不同激光聚焦位置之间的距离小于物镜的光学分辨率；将m个扫描阵列组成测量系统，每个扫描阵列分别接入不同的光栅及CCD模块；扫描成像时，由m个扫描阵列在同一测量时间内同时获得m×n个测量位置的拉曼光谱信息；以及记录每个测量位置的拉曼光谱信息，并绘制成拉曼扫描图像。上述方案在保留高空间分辨率优势的基础上，显著提高拉曼扫描成像速度，解决了现有技术不能同时具备高空间分辨率表征和快速表征的技术问题。

技术领域

本发明涉及拉曼成像技术领域，尤其涉及一种多波长阵列式快速高空间分辨率拉曼成像方法和装置。

背景技术

拉曼光谱检测是一种研究材料结构与性质的重要手段，不同的待测样品具有不同的拉曼特征峰，当其组分分布变化、所处环境变化或发生化学反应时，待测样品的拉曼特征峰也会产生相应的变化，通过拉曼空间扫描成像，即可揭示待测样品中组分、温度、应力、化学反应等因素在空间的分布信息及变化规律，因此，拉曼扫描成像技术被广泛应用于生物、医药、化学、材料等领域的研究。

然而，高空间分辨率快速成像是拉曼成像技术始终面临的挑战。以活细胞成像为例：细胞内部结构复杂，需要以较高的空间分辨率进行测量，现有的单点式扫描成像技术，可通过移动位移平台或物镜，实现优于光学分辨率的空间分辨率，但单点扫描成像需要使单个测量激光遍历待测样品上每个待测位置，测量时间较长，由于细胞存活时间有限，单个细胞的测量时间可能超出其存活时间，因此难以实现活细胞成像；线扫描技术可以使光斑以直线形式聚焦在待测样品表面，则其可同时获得直线上多点的拉曼光谱信息，采用多组CCD像元同时收集多条光谱，即可极大缩短测量时间，然而，受限于光学空间分辨率极限，线扫描方法无法区分直线形光斑内光学极限空间分辨率以下的信号变化，同时，此方法仅适用于平整表面，对表面不平整的待测样品，一条直线很难同时满足聚焦要求，因此，此方法也无法实现高空间分辨率快速成像。此外，由于聚焦方法限制(柱面镜或狭缝)，单条直线上激光功率不均匀，则不同点的信号强度基准存在差异，影响成像可靠性和质量。与线扫描技术相似，现有的拉曼“面测量”技术可通过组合复眼式物镜等方法，快速获得待测样品在某个平面区域内的拉曼信号均值，然而，面扫描方法同样无法区分光学极限空间分辨率以下的信号变化，不满足高空间分辨率成像的需求。

综上所述，现有拉曼成像方法尚不能同时具备高空间分辨率表征和快速表征两项优势，亟需开发可实现快速高空间分辨率拉曼成像的方法及装置。此外，在快速表征方法中，缺乏由于激发激光引起的信号强度差异的修正方法。

发明内容

为了实现高空间分辨率的快速拉曼成像，以满足生物、化学、材料等领域的测量需求，本发明提出了一种多波长阵列式快速高空间分辨率拉曼成像方法，并设计了相应测量装置。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种多波长阵列式快速高空间分辨率拉曼成像方法，该方法通过扫描阵列将n束不同波长的激光分别聚焦于n个点，由于激光波长不同，在聚焦位置间距小于光学分辨率极限的条件下，仍可根据激发波长区分每个聚焦位置产生的拉曼信号，从而实现了高空间分辨率多点拉曼信号捕捉，组合m个扫描阵列，同时对待测样品进行拉曼扫描，即可将拉曼扫描成像时间缩短至单点扫描成像的1/mn，在保留高空间分辨率的基础上，显著提高拉曼扫描成像速度。

本发明的另一个目的在于提出一种多波长阵列式快速高空间分辨率拉曼成像装置。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种多波长阵列式快速高空间分辨率拉曼成像方法，该方法包括以下步骤：

步骤S10，将n台不同波长的激光器所发出的激光组合成一个扫描阵列，所述n台不同波长的激光器发出的n束波长不同的激光分别聚焦于n个待测量位置，同一扫描阵列中不同激光聚焦位置之间的距离小于物镜的光学分辨率；