专利名称：全内反射式椭偏成像装置和成像方法
技术领域：
本发明涉及一种光学成像方法和成像装置，特别是一种利用椭偏术的光学成像方法和成像装置。
背景技术：
椭偏术是广泛用于薄膜分析的一种光学技术，它能够实时监测薄膜在固体表面上分子膜的形成过程。传统的椭偏术检测薄膜时采用的多为外反射模式，即探测光波以一定的入射角度直接照射在待分析的薄膜上。近几年研究发现，椭偏术也可以采用全内反射模式对薄膜进行分析，即探测光波从薄膜的基底入射，当入射角度大于临界角度时，产生全反射，仅有倏逝波在光疏介质形成，并影响反射光的偏振状态。因此界面处的膜层的微小变化，即可引起反射光波的偏振态的变化。全内反射式椭偏术具有明显的优点检测灵敏度比传统椭偏术有显著提高；由于探测光波不直接穿过溶液，所以可以实现不透明溶液中薄膜的监测，同样的原因也使得溶液池的设计更为灵活，不需要再设计光波入射窗口和严格的角度要求。目前全内反射式椭偏术中采用的都是传统的椭偏仪，窄探测光束，以光电倍增管为探测器，只能实现单点单样品测量。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种全内反射式椭偏成像装置和成像方法。本发明解决了现有的成像装置和成像方法只能实现单点单样品测量的问题。
本发明的全内反射椭偏成像装置，包括光源，该光源所发出的光束照射待测样品；依次位于光源与待测样品之间的入射光的光路上的，用于将光束变换为偏振光的起偏器，用于将光束变换为单色光的滤波装置(滤波器或单色仪)，一用于改变偏振光的偏振状态的补偿器(相移器或1/4波片)；位于待测样品的反射光的光路上的检偏器和透镜；还包括准直系统，位于入射光的光路上，使光源所发出的光形成扩展的准直光；待测样品固体表面的分子膜层和/或分子膜层的形成过程和演变过程；棱镜，入射面接收光源所发出的探测光束并与探测光速相垂直，探测光束通过反射面照到待测样品；位于待测样品的反射光路上的CCD或CMOS探测器，它对扩展探测光束照射的样品上的所有点同时进行成像测量。
进一步地，本发明的全内反射椭偏成像装置还可以具有如下的特点所述的待测样品附于棱镜的反射面上。
在棱镜的反射面上有镀膜层。
进一步地，本发明的全内反射椭偏成像装置还可以具有如下的特点所述的待测样品附于透明固体基片的一侧，透明固体基片的另一侧与棱镜的反射面相接触，共同构成棱镜的反射面。
在透明固体基片附待测样品的一侧有镀膜层。
上述的镀膜层为镀金膜层或镀银膜层。
所述镀膜层的厚度为150纳米以下。
本发明的全内反射椭偏成像方法，包括如下的步骤将一准直的单色入射光形成偏振光，将该光束形成为扩展的探测光束，然后将该光束以入射角α照射至待测样品；对扩展的探测光所照射区域样品上的所有点的反射光束同时进行CCD或CMOS成像测量。
所述的入射角为0°＜α＜90°，优选的是，所述的入射角为10°≤α≤80°。
本发明实现了全内反射式椭偏成像技术。椭偏成像技术是近几年发展起来的一种新型的椭偏技术，它不但具有传统椭偏术所有的优点，而且由于采用了扩展探测光束，以CCD或CMOS为探测器，所以把测量模式由点扩展到了面，即对扩展探测光束照射区域的所有点同时进行CCD或CMOS成像测量，而且测量结果以直观的图像进行显示。全内反射式椭偏成像技术同时具有了全内反射式椭偏和成像椭偏的所有优点。本发明还把全内反射式椭偏成像技术同阵列式微流道技术(已申请专利)结合起来，从而实现了高灵敏度多点多样品实时测量。
图1是本发明实施例1的总体结构示意图，图2是本发明实施例1中棱镜和待测样品的结构示意图，图3是本发明实施例2中棱镜和待测样品的结构示意图，图4是本发明实施例3中棱镜和待测样品的结构示意图，图5是本发明实施例4中棱镜和待测样品的结构示意图，图6是本发明实施例5中微流道装置的结构示意图。
具体实施例方式
以下通过具体实施实例用于进一步说明本发明描述的方法，但是并不意味着本发明局限于这些实施例。
实施例1参阅图1，本实施例的全内反射椭偏成像装置，由光源1、准直系统2、起偏器3、滤波装置4、补偿器5、透镜6、检偏器7、CCD或CMOS探测器8、棱镜9、待测样品10组成。光源所发出的光束照射待测样品；用于将光束变换为偏振光的起偏器，用于将光束变换为单色光的滤波装置，一用于改变偏振光的偏振状态的补偿器(相移器或1/4波片)依次位于光源与待测样品之间的入射光的光路上；所述的滤波装置为滤波器或单色仪。关于光源的，这里不局限于某一种单色光，而是从白光中滤出的任何单色光都有可能应用。检偏器和透镜位于待测样品的反射光的光路上。准直系统位于入射光的光路上，使光源所发出的光形成扩展的准直光；待测样品记录固体表面的分子膜层和/或分子膜层的形成过程和演变过程；棱镜的入射面接收光源所发出的探测光束并与探测光束相垂直，探测光束通过棱镜的反射面照到待测样品；CCD或CMOS探测器位于待测样品的反射光路上，它对扩展探测光束照射的样品上的所有点同时进行成像测量。
注CCD-Charge Coupled Device电荷耦合器件。
COMS-Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor互补型金属氧化物半导体。
参阅图2，本实施方式所述的待测样品10附于棱镜9的反射面上。
本实施方式的全内反射椭偏成像方法，包括如下的步骤将一准直的单色入射光形成偏振光，将该光束形成为扩展的探测光束，然后将该光束以入射角α照射至待测样品；对扩展的探测光所照射区域的所有点的反射光束同时进行CCD或CMOS成像测量。
所述的入射角α为55°。
实施例2参阅图3，本实施例与实施例1不同之处在于在棱镜9的反射面上有镀膜层12，待测样品10附于镀膜层12上。上述的镀膜层为镀金膜层或镀银膜层。所述镀膜层的厚度为50纳米以下。
实施例3参阅图4，本实施例与实施例1不同之处在于所述的待测样品10吸附于透明固体基片13的一侧，透明固体基片的另一侧与棱镜9的反射面相接触，并共同构成棱镜的反射面。
实施例4
参阅图5，本实施例与实施例3不同之处在于在透明固体基片13附待测样品10的一侧有镀膜层12，待测样品10附于镀膜层12上。上述的镀膜层为镀金膜层或镀银膜层。所述镀膜层的厚度为50纳米以下。
实施例5参阅图6，本实施例与实施例1-4的不同之处在于采用一个微流道装置11将待测样品附于棱镜9或透明固体基片13上。所述的微流道装置11的本体一侧有一条或若干条流道11-1，每条流道上有与本体另一侧相通的孔11-2。将棱镜或透明固体基片贴在有孔一侧的微流道装置上，通过流道的待测样品即可通过孔附于棱镜或透明固体基片上。
实施例6本实施方式的全内反射式椭偏成像装置和方法，同时实时监测多种蛋白质在透明固体基片表面上的吸附，其步骤是1、透明固体基片安装在示意图1中所示位置；2、启动椭偏成像仪，同时通过液泵把蛋白质溶液分别输入微流道中，当溶液与玻璃片接触时蛋白质分子吸附在玻璃片上形成蛋白质膜层；3、椭偏成像仪实时监测蛋白质膜层在玻璃片上的形成过程，并且以图片的形式记录在计算机中，至蛋白质膜层厚度不再发生变化(分子膜层饱和)时终止记录。
实施例7本实施方式的全内反射式椭偏成像技术同时实时监测多对抗原抗体相互作用，其具体步骤是1、把镀有金膜的透明固体基片安装在示意图中所示位置；2、通过液泵把抗体溶液分别输入微流道中，使溶液与金膜接触，在金膜上形成饱和抗体分子膜层；3、启动椭偏成像仪，同时通过液泵把抗原溶液分别输入微流道中与相应的抗体分子进行结合；4、椭偏成像仪实时监测抗原抗体相互作用过程，并且以图片的形式记录在计算机中，至抗原膜层厚度不再发生变化(饱和)时终止记录。
实施例8本实施方式的全内反射式椭偏成像技术同时实时监测多对受体配体相互作用，具体步骤是1、把镀有银膜的透明固体基片安装在示意图中所示位置；2、通过液泵把受体溶液分别输入微流道中，使溶液与银膜接触，在金膜上形成饱和受体分子膜层的阵列；3、启动椭偏成像仪，同时通过液泵把配体溶液分别输入微流道中与相应的受体分子膜层单元内的受体进行结合；4、椭偏成像仪实时监测受体配体相互作用过程，并且以图片的形式记录在计算机中，至阵列中各单元的配体—受体膜层厚度不再发生变化(饱和)时终止记录。
实施例9本实施例与实施例1不同的是所述的入射角α为15°。其它结构与实施例1相同。
实施例10本实施例与实施例1不同的是所述的入射角α为45°。其它结构与实施例1相同。
实施例11本实施例与实施例1不同的是所述的入射角α为75°。其它结构与实施例1相同。
实施例12本实施例与实施例1不同的是所述的入射角α为85°。其它结构与实施例1相同。
权利要求
1.全内反射椭偏成像装置，包括光源，该光源所发出的光束照射待测样品；依次位于光源与待测样品之间的入射光的光路上的，用于将光束变换为偏振光的起偏器，用于将光束变换为单色光的滤波装置，用于改变偏振光的偏振状态的补偿器；位于待测样品的反射光的光路上的检偏器和透镜；其特征在于，还包括准直系统，位于入射光的光路上，使光源所发出的光形成扩展的准直光；待测样品固体表面的分子膜层和/或分子膜层的形成过程和演变过程；棱镜，入射面接收光源所发出的探测光束并与探测光束相垂直，探测光束通过反射面照到待测样品；位于待测样品的反射光路上的CCD或CMOS探测器，它对扩展探测光束照射的样品表面上的所有点同时进行成像测量。
2.如权利要求1所述的全内反射椭偏成像装置，其特征在于所述的待测样品附于棱镜的反射面上。
3.如权利要求2所述的全内反射椭偏成像装置，其特征在于在棱镜的反射面上有镀膜层。
4.如权利要求1所述的全内反射椭偏成像装置，其特征在于所述的待测样品附于透明固体基片的一侧，透明固体基片的另一侧与棱镜的反射面相接触，共同构成棱镜的反射面。
5.如权利要求4所述的全内反射椭偏成像装置，其特征在于在透明固体基片附待测样品的一侧有镀膜层。
6.如权利要求3或5所述的全内反射椭偏成像装置，其特征在于所述镀膜层为镀金膜层或镀银膜层。
7.如权利要求6所述的全内反射椭偏成像装置，其特征在于所述镀膜层的厚度为150纳米以下。
8.如权利要求1所述的全内反射椭偏成像装置，其特征在于采用一个微流道装置将待测样品结合到棱镜或透明固体基片上。所述的微流道装置的本体一侧有一条或若干条流道，每条流道上有与本体另一侧相通的孔。
9.全内反射椭偏成像方法，其特征在于，包括如下的步骤(1)将一准直的入射光形成偏振光，将该光束形成为扩展的探测光束，然后将该光束以入射角α照射至待测样品；(2)对扩展的探测光所照射的样品区域的所有点的反射光束同时进行CCD或CMOS成像测量。
10.如权利要求9所述的全内反射椭偏成像方法，其特征在于所述的入射角为0°＜α＜90°。
11.如权利要求9所述的全内反射椭偏成像方法，其特征在于所述的入射角为10°≤α≤80°。
全文摘要
全内反射椭偏成像装置及成像方法，它涉及一种利用椭偏术的光学成像方法和成像装置。本发明的全内反射椭偏成像装置，包括光源、起偏器、滤波装置、补偿器、检偏器、透镜、位于入射光的光路上使光源所发出的光形成扩展的准直光准直系统、待测样品、棱镜和位于待测样品的反射光路上的CCD或CMOS探测器，CCD或CMOS探测器对扩展探测光束照射样品上的所有点同时进行成像测量。本发明的方法，包括将一准直的单色入射光形成偏振光，将该光束形成为扩展的探测光束，然后将该光束以入射角α照射至待测样品；对扩展的探测光所照射区域的所有点的反射光束同时进行CCD或CMOS成像测量。本发明解决了现有的成像装置和成像方法只能实现单点单样品测量的问题。
文档编号G01N21/17GK1963464SQ20051011769
公开日2007年5月16日 申请日期2005年11月8日 优先权日2005年11月8日
发明者靳刚, 王战会, 陈艳艳, 孟永宏 申请人:中国科学院力学研究所