[发明专利]光学显微镜检查的图像对比度增强

说明书

一种对物体成像的方法包括：将物体支撑在样本架的等离子体层上，其中等离子体层限定了与物体相邻的亚微米结构的周期性阵列；将样本架暴露于光，从而：光的第一部分透射过：(i)等离子体层，但不透射过物体，或者(ii)等离子体层和物体的第一部分；并且光的第二部分透射过等离子体层和物体的至少第二部分；其中光与至少等离子体层相互作用，从而：第一部分的透射光的特征在于具有一个或多个第一表面等离子体共振峰，并且第二部分的透射光的特征在于具有一个或多个第二表面等离子体共振峰，一个或多个第二表面等离子体共振峰由于物体影响在等离子体层内传播的等离子体而与第一表面等离子体共振峰产生波长偏移；并且通过第一部分和第二部分的透射光来构造物体的图像，从而能够对物体进行空间分辨。

技术领域

本公开涉及用于光学显微镜检查的方法、装置和设备。更具体地，本公开涉及用于增强光学显微镜中样本的图像对比度的方法、装置和设备。

背景技术

17世纪，列文虎克(Leeuwenhoek)将光学显微技术应用于生物学，这成为了生命科学领域的关键时刻。从那时起，显微镜经历了不断的发展，这包括引入了相差显微镜，通过相差显微镜，可以研究通常不散射或吸收很多光并且否则看起来是透明的的活细胞。相差显微技术利用通过标本的光程长度的变化，光程长度是材料的折射率及其厚度的函数。通过适当的设置，不同光程长度的光线之间的干涉会导致相长干涉和相消干涉，这导致根据光振幅的变化使样本中的相位信息可视化。

相差显微技术尽管取得了巨大的成功，但是仍然存在许多缺点，这些缺点包括可能引入伪影(artefact)，例如，所谓的光晕效应，即在被成像物体的边缘之外出现了一些虚光。因此，光晕效应大大地降低了相差显微技术的空间分辨率。

用于增强光学显微技术的对比度的另一相关技术是由乔治·诺马斯基 (GeorgesNomarski)研发的差分干涉对比(DIC)成像。DIC利用沿着与干涉结合的波前剪切方向的与偏振有关的变化率来增强样本内的光程长度差。与许多相差显微镜技术不同，DIC不包含任何衍射光晕伪影。这种方法输出伪3-D图像，伪3-D图像类似于结构化表面，但不能精确表示样本拓扑。

相差显微技术和DIC技术都需要修改传统光学显微镜设置，并且要求有经验的用户适当地解释图像信息。这些技术存在的缺点是，与传统显微技术相比，空间分辨率可能降低，得到的图像可能包含伪影。

光学系统是现代显微镜的基础，并且还能够通过使用极高数值孔径透镜，以较高的空间分辨率对多个样本成像。然而，对于生命科学领域而言，图像对比度和特异性问题对于与光的相互作用很弱的标本的成像来说仍然是一项根本挑战。这种样本包括许多细胞和组织样本。在传统的明视野显微镜中，入射光与样本的相互作用、光学系统的质量以及检测器的效率决定了对比度。这意味着对比度不是被成像标本的固有特性，而是成像系统的固有特性。

在光学显微技术中，可以使用以下方法增强图像对比度：相位信息、光程长度梯度、样本染色或荧光标记。特别是，相差成像已经成为了用于增强样本特征的对比度的主要技术之一，这些样本特征与光的相互作用太弱而无法使用传统显微技术进行检测。

在无法获得相差或DIC成像，或者相差或DIC成像产生了伪影时，通常使用染色来增加对比度。在这种情况下，由于通过引入标本中的颜料吸收光，因而增强了图像对比度。这种技术的缺点是可能会损坏样品，引入伪影，以及无法对活样本成像。

因此，有必要开发高对比度、无标记的成像技术，以使用传统的光学装置对未染色无荧光的样本成像。

对本说明书中所包含的文件、动作、材料、装置、物品等的任何讨论不应视为承认任何或所有这些事项执行以下操作：构成现有技术基础的一部分；成为与本公开相关的领域中的公知常识，如同在本申请的每个权利要求的优先权日之前存在一样；或可能已经被本领域技术人员所理解，或被本领域技术人员认为相关，或被本领域技术人员合理预期可结合的。

发明内容

在本公开的第一方面，提供了一种对物体成像的方法。该方法包括：