[发明专利]共焦拉曼分析设备和方法

说明书

拉曼分析设备包括用于沿光路将物体成像到光学检测器的成像光学系统、用于照射物体的照射光学系统和包括旋转针孔盘的扫描装置。照射光学系统将光引导到扫描装置上以在多个照射点照射物体。成像光学系统将从照射点处的物体发射的拉曼散射光成像到扫描装置所在的中间图像平面。成像光学系统可以包括光谱滤光器和/或至少一个光谱分析器。该设备能够执行高速共焦拉曼成像和/或高速共焦拉曼光谱。

技术领域

本发明涉及拉曼分析，包括拉曼光谱学。本发明特别涉及共焦拉曼分析。

背景技术

使用激光和共焦显微镜的共焦拉曼光谱学是已知的。它包括将激光引导通过单针孔，用单激光点照射样品，并通过针孔收集样品产生的拉曼散射光。收集到的拉曼光被发送到光谱仪，该光谱仪执行单点拉曼光谱采集。如果需要拉曼图像，通常使用机动XY或XYZ载物台相对于静态激光点移动样品。或者，可以相对于样品扫描激光。在任何情况下，图像都是由从各自的采样点单独获得的拉曼光谱构建的，采样点一次被照射一个。为每个点获得的光谱提供了代表所得多光谱拉曼图像的单个相应像素的图像数据。然而，传统的点扫描拉曼共焦光谱是缓慢的。必须对样品进行光栅扫描，并且在每个载物台位置都需要足够的停留时间以进行光收集。与其他电磁效应相比，拉曼效应非常微弱，这进一步导致图像数据收集速度缓慢。因此，多光谱拉曼图像往往相对较小，因为它们获取速度较慢。

使用样品的宽场或全局照射的非共焦拉曼光谱学也是已知的。然而，由于两个主要原因，宽场拉曼光谱通常会导致图像模糊。首先，实现样品的均匀宽场照射非常具有挑战性，因此激光亮度可能会在整个视野范围内变化。其次，大多数拉曼样品非常散射。大多数入射光子经历弹性散射，并且在经历非弹性散射成为拉曼光子之前可能会弹跳数次。在被收集和检测之前，拉曼光子可能会在样品周围弹跳。这意味着从不存在该物种的位置观察特定分子物种的拉曼信号有很大的范围。这样做的结果是导致图像模糊。

线扫描或线照射拉曼光谱学是拉曼光谱学的混合形式，其中用一条光线照射样品，拉曼散射被导向并通过光谱仪焦平面上的狭缝聚焦，用于检测拉曼信号。在这种形式的拉曼显微镜中，狭缝在垂直于光谱仪狭缝的轴上充当共焦孔，但在狭缝轴上没有共焦孔。这种形式的拉曼光谱学不能被认为是真正的共聚焦。

因此希望的是减轻上述问题。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种拉曼分析设备，所述设备包括：

光学探测器；

成像光学系统，所述成像光学系统配置为沿着光路将物体成像到光学检测器；

照射光学系统，所述照射光学系统包括光源并且配置为通过沿着所述光路的至少一部分将来自所述光源的光引导到所述物体来照射所述物体；

包括多个孔的扫描装置，所述扫描装置与所述光路相交并且相对于所述光路可移动，

其中所述照射光学系统配置为将所述光引导到所述扫描装置上以在多个照射点照射所述物体，

并且其中所述成像光学系统配置为将从所述物体在所述照射点处发射的拉曼散射光成像到中间图像平面，所述扫描装置位于所述中间图像平面，

并且其中所述成像光学系统包括：

光谱滤光器，所述光谱滤光器配置为仅透射多个可选波长范围中选定的一个或多个波长范围内的光；和/或

至少一个光谱分析器，

和/或其中，所述成像光学系统配置为通过在选定的一个或多个波长范围内检测来自所述照射点的拉曼散射光来捕获所述物体或所述物体的目标区域的至少一个拉曼图像。

优选地，所述扫描装置包括多个透镜，所述多个透镜与所述多个孔对准以将所述光聚焦在所述孔上。