МИКРОСКОП С ТЕРМОЛИНЗОЙ Российский патент 2007 года по МПК G02B21/00 G01N25/16 

Область техники

Изобретение относится к микроскопу с термолинзой. Более конкретно, изобретение относится к настольному, имеющему размер портативного компьютера микроскопу с термолинзой, пригодному для проведения высокоточного ультрамикроанализа в микропространстве и обеспечивающему удобство измерений в любом месте.

Уровень техники

Как известно, техника интеграции для проведения химических реакций в микропространстве привлекла внимание в отношении высокой скорости химических реакций, реакций с микроскопическим количеством вещества, наглядного анализа и т.п., поэтому исследования в этом направлении интенсивно развиваются во всем мире.

Техника интеграции для проведения химических реакций обсуждается также авторами настоящего изобретения. Чтобы подготовить почву для практического применения, был разработан способ анализа поглощения за счет фототермических превращений, где используется эффект термолинзы, обусловленный поглощением света в образце, который находится в жидкости в микроканале устройства, имеющего стеклянную подложку или т.п.

Однако согласно указанному способу анализа с помощью микроскопа с термолинзой, предложенному авторами настоящего изобретения, конфигурация устройства для такого анализа включает, например, источник света, измерительную часть, оптическую систему обнаруживающей части (фотоэлектропреобразовательной части) или аналогичные элементы, образующие сложную систему с большими размерами, т.е. не обладающую портативностью. Это ограничивает применение системы, образующей микроскоп с термолинзой, для проведения анализа или химической реакции.

Ввиду указанных обстоятельств, а также того факта, что анализ с помощью микроскопа с термолинзой имеет много преимуществ, например широкий диапазон анализируемых объектов, существует большая потребность в миниатюризации микроскопа в сочетании с высокой универсальностью.

Затем авторы настоящего изобретения разработали настольный микроскоп с термолинзой, включающий в качестве источника возбуждающего света и источника зондирующего света небольшие лазерные источники света, причем источник возбуждающего света, источник зондирующего света и оптическая система микроскопа с термолинзой интегрированы в единое тело, образуя компактную структуру. В таком настольном микроскопе с термолинзой все элементы установлены и интегрированы в едином теле, аналогично типовому настольному микроскопу, чтобы успешно миниатюризировать обычный огромный микроскоп до размеров настольного.

Однако желательно дальнейшее усовершенствование настольного микроскопа с термолинзой.

Имеется в виду его миниатюризация в сочетании с лучшей портативностью. Благодаря миниатюризации значительно расширяются возможности проведения сверхчувствительного анализа сверхмалого количества вещества в медицинской диагностике или при измерении параметров окружающей среды, т.е. может быть получен микроскоп для ультрамикроанализа с прекрасным пространственным разрешением, пригодный для количественного анализа.

Настоящее изобретение направлено на решение указанных проблем. Поэтому целью изобретения является создание нового, имеющего размер портативного компьютера микроскопа с термолинзой, пригодного для проведения сверхчувствительного анализа сверхмалого количества химического вещества в медицинской диагностике или при измерении параметров окружающей среды.

Раскрытие изобретения

Для решения указанных выше проблем согласно изобретению предложен настольный, имеющий размер портативного компьютера микроскоп с термолинзой, содержащий тело, включающее пропускающую свет анализирующую ячейку, в которой образован микроканал для пропускания или хранения образца жидкости, пропускающую свет верхнюю подложку и пропускающую свет нижнюю подложку, причем анализирующая ячейка расположена между верхней подложкой и нижней подложкой, а указанный микроскоп содержит также источник возбуждающего света, источник зондирующего света и оптическую систему микроскопа с термолинзой, включающую дихроичное зеркало для синтезирования возбуждающего света концентрично с зондирующим светом, первую призму и объектив, расположенный непосредственно под первой призмой, а также оптическую систему обнаружения и оптический детектор для обнаружения света от оптической системы обнаружения, причем источник возбуждающего света, источник зондирующего света и оптическая система микроскопа с термолинзой, включающая дихроичное зеркало, первую призму и объектив, интегрированы в верхнюю подложку таким образом, что синтезированный свет от источников возбуждающего и зондирующего света проходит через первую призму и объектив в образец жидкости, в котором под действием возбуждающего света образуется термолинза, а оптическая система обнаружения, включающая вторую призму и зеркало, и оптический детектор интегрированы в нижнюю подложку.

При этом целесообразно, чтобы в верхней подложке были образованы вход и выход для образца жидкости, сообщающиеся с микроканалом.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показаны вид сверху, вид спереди и вид снизу примера выполнения изобретения,

на фиг.2 показан вид спереди другого примера выполнения изобретения.

Цифровые позиции на чертежах обозначают следующие элементы:

1 - анализирующая ячейка;

2А - верхняя подложка;

2В - нижняя подложка;

3 - источник возбуждающего света;

4 - источник зондирующего света;

5 - система линз;

6 - дихроическое зеркало;

7 - призма;

8 - объектив;

9 - вход;

10 - выход;

11 - микроканал;

12 - призма;

13 - фильтр;

14 - оптический детектор.

Лучший вариант выполнения изобретения

Настоящее изобретение имеет указанные выше характеристики. Ниже описаны варианты осуществления изобретения.

Как сказано выше, микроскоп с термолинзой согласно изобретению имеет тело, содержащее анализирующую ячейку и подложку, образующую ее опору, причем в теле микроскопа интегрированы:

<А> по меньшей мере часть источника возбуждающего света, часть источника зондирующего света и часть оптической системы микроскопа с термолинзой;

<В> по меньшей мере часть системы обнаружения и часть оптической системы обнаружения;

причем интегрированы либо элементы, указанные в <A> и в <В>, либо элементы, указанные только в <А> или только в <В>, а <С> часть системы обработки сигналов и электрической схемы для передачи и приема сигналов или вся указанная система обработки и вся указанная схема интегрированы с элементами, указанными в <В>.

Очевидно, что микроскоп с термолинзой представляет собой систему для обнаружения вещества в образце путем ввода возбуждающего света и зондирующего света для ввода зондирующего света в термолинзу, образованную в соответствии с облучением образца возбуждающим светом, и измерения рассеяния зондирующего света, которое вызвано термолинзой.

В микроскопе с термолинзой согласно изобретению так же, как было предложено авторами ранее, в качестве анализирующей ячейки используется пропускающий свет элемент, например из стекла, кремния или пластмассы, с микроскопическими узкими каналами (проходами для пропускания жидкости), отверстиями (полостями для хранения жидкости) или т.п., выполненными травлением. Подложка, служащая опорой для анализирующей ячейки, может быть выполнена из такого же пропускающего свет материала, при этом анализирующая ячейка поддерживается одной подложкой с одной стороны или зажата между двумя подложками сверху и снизу. Опорные элементы могут быть различного вида.

Элементы, указанные в <А>, <В> и <С>, могут быть частично или полностью интегрированы в анализирующую ячейку или в подложку, образующую ее опору. В данной заявке термин "интегрирован" означает, что элемент не расположен вне анализирующей ячейки или подложки, т.е. с зазором относительно них, а примыкает к внутренней части или к поверхности анализирующей ячейки или подложки, или вмонтирован внутрь или в поверхность анализирующей ячейки или подложки путем заделки.

На фиг.1 показаны вид сверху, вид спереди и вид снизу варианта микроскопа с термолинзой согласно изобретению. Тело микроскопа имеет анализирующую ячейку (1), зажатую между верхней подложкой (2А) и нижней подложкой (2В), а система (5) линз, включающая расширитель луча и коллиматорную линзу или аналогичные элементы, оптическая система микроскопа с термолинзой, включающая дихроическое зеркало (6) и призму (7) или аналогичные элементы, интегрированы в верхнюю подложку (2А), так же как и источник (3) возбуждающего света и источник (4) зондирующего света. Объектив (8) может быть интегрирован непосредственно под призмой (7) путем заделки.

Кроме того, в верхней подложке (2А) образованы вход (9) для образца или веществ, которые участвуют в химической реакции, и выход (10) для жидкости. Вход (9) и выход (10) сообщаются с микроканалом (11), расположенным в анализирующей ячейке (1).

В нижнюю подложку (2 В) интегрированы оптическая система обнаружения, включающая призму (12), зеркало, фильтр (13) или аналогичный элемент, и оптический детектор (14).

На фиг.2 показан вариант, в котором указанные выше элементы микроскопа с термолинзой, включая источник (3) возбуждающего света, интегрированы в верхнюю подложку (2А) и нижнюю подложку (2В) путем заделки внутрь, а не интегрированы на поверхности верхней подложки (2А) и нижней подложки (2В), как в варианте выполнения, показанном на фиг.1. Согласно изобретению микроскоп с термолинзой может иметь различную конфигурацию.

Разумеется согласно изобретению часть элементов, например источник света и детектор, могут быть расположены вне верхней и нижней подложек (2А), (2В). Конфигурация системы может изменяться в зависимости от условий использования, окружающей среды и т.п.

В любом случае в качестве источника (3) возбуждающего света можно использовать лазерные источники света различных видов небольшого размера, например небольшой полупроводниковый лазер и твердотельный лазер с возбуждением от полупроводникового лазера. Возбуждающий свет от источника (3) возбуждающего света модулируется, например прерывателем, а затем выходит из расширителя луча в виде плоской волны.

Зондирующий свет от источника (4) зондирующего света, представляющего собой, аналогично источнику (3) возбуждающего света, лазерный источник света небольшого размера, излучается в виде параллельных световых лучей, например с помощью коллиматорной линзы, и синтезируется дихроическим зеркалом (6) концентрично с возбуждающим светом.

Синтезированный свет, полученный из возбуждающего света и зондирующего света, проходит через призму (7) и объектив (8) и направляется к жидкому образцу в анализирующей ячейке (1). В образце за счет фототермического превращения, обеспечиваемого частью возбуждающего света, содержащего синтезированный свет, образуется термолинза, и проходящий через нее зондирующий свет рассеивается, так что проходит через образец вместе с возбуждающим светом, который не имел отношения к фототермическому превращению. В принципе, термолинза влияет на возбуждающий свет, но в меньшей степени, чем на зондирующий свет.

Испытание образца производится путем указанной выше инъекции. Например, его вводят независимо от комплексообразующего реагента, реагента иммунной реакции и т.п. В соответствии с реакцией в микроканале (11) микрокомпонент в образце может быть обнаружен с помощью описанного выше микроскопа с термолинзой.

Например, в случае количественного анализа оксида азота, оксид азота, содержащийся в сигаретном дыме, окисляется и поглощается в щелочном (рН 13) водном растворе перекиси водорода как ион азотистой кислоты, который реагирует с N-1- нафтилэтилендиамином, служащим в качестве окрашивающего реагента, дающего красновато-фиолетовый цвет (длина волны в максимуме поглощения 544 нм). Это может быть обнаружено в микроскопе с термолинзой с помощью света, проходящего в микроканале (11). В качестве возбуждающего света используется свет от полупроводникового YAG лазера (вторая гармоника) с длиной волны 532 нм и мощностью 100 мВт. В качестве зондирующего света может использоваться полупроводниковый лазер с длиной волны 680 нм и мощностью 5 мВт.

Промышленная применимость

Как подробно описано выше, согласно изобретению предложен небольшой портативный микроскоп для ультрамикроанализа, имеющий прекрасное пространственное разрешение и пригодный для количественного анализа.

Настольный, имеющий размер портативного компьютера микроскоп с термолинзой содержит пропускающую свет анализирующую ячейку, в которой образован микроканал для пропускания или хранения образца жидкости и которая расположена между пропускающими свет верхней и нижней подложками, источники возбуждающего и зондирующего света, оптическую систему микроскопа, оптическую систему обнаружения и оптический детектор для обнаружения света от оптической системы обнаружения. Оптическая система микроскопа включает дихроичное зеркало для синтезирования возбуждающего света концентрично с зондирующим, первую призму и объектив, расположенный непосредственно под первой призмой. Источники возбуждающего и зондирующего света и оптическая система микроскопа интегрированы в верхнюю подложку таким образом, что синтезированный свет от источников возбуждающего и зондирующего света проходит через первую призму и объектив в образец жидкости, в котором под действием возбуждающего света образуется термолинза. Оптическая система обнаружения, включающая вторую призму и зеркало, и оптический детектор интегрированы в нижнюю подложку. Обеспечивается создание нового, размером в ладонь, портативного микроскопа с термолинзой, пригодного для проведения сверхчувствительного анализа сверхмалого количества химического вещества в медицинской диагностике или при измерении параметров окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Настольный, имеющий размер портативного компьютера микроскоп с термолинзой, содержащий тело, включающее пропускающую свет анализирующую ячейку, в которой образован микроканал для пропускания или хранения образца жидкости, пропускающую свет верхнюю подложку, пропускающую свет нижнюю подложку, причем анализирующая ячейка расположена между верхней подложкой и нижней подложкой, а указанный микроскоп содержит также источник возбуждающего света, источник зондирующего света и оптическую систему микроскопа с термолинзой, включающую дихроичное зеркало для синтезирования возбуждающего света концентрично с зондирующим светом, первую призму и объектив, расположенный непосредственно под первой призмой, а также оптическую систему обнаружения и оптический детектор для обнаружения света от оптической системы обнаружения, причем источник возбуждающего света, источник зондирующего света и оптическая система микроскопа с термолинзой, включающая дихроичное зеркало, первую призму и объектив, интегрированы в верхнюю подложку таким образом, что синтезированный свет от источников возбуждающего и зондирующего света проходит через первую призму и объектив в образец жидкости, в котором под действием возбуждающего света образуется термолинза, а оптическая система обнаружения, включающая вторую призму и зеркало, и оптический детектор интегрированы в нижнюю подложку.2. Настольный, имеющий размер портативного компьютера микроскоп с термолинзой по п.1, отличающийся тем, что в верхней подложке образованы вход и выход для образца жидкости, сообщающиеся с микроканалом.