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原文传递基于激光发射的显微镜

专利名称：	基于激光发射的显微镜
摘要：	提供了基于激光发射的显微镜装置和使用这样的装置检测来自组织样品的激光发射的方法。扫描显微镜具有第一和第二反射表面以及保持具有至少一种荧光团/激光能量响应物质的固定的组织样品的扫描腔。扫描腔的至少一部分对应于高品质因数(Q)法布里‑珀罗谐振腔。激光泵浦源将能量引导至扫描腔，同时检测器接收并检测由荧光团或激光能量响应物质产生的发射。第二反射表面和/或激光泵浦源可相对于固定的组织样品平移，以产生组织样品的二维扫描。提供了用于检测多重发射或对组织学组织样品中的一种或更多种生物标志物进行量化(例如用于检测和诊断癌症或其他病症/疾病)的方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	密执安州立大学董事会
发明人：	范旭东;陈又诚;陈秋澍
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201780087298.6
公开号：	CN110366678A
代理机构：	北京集佳知识产权代理有限公司
代理人：	郑斌;蔡胜有
分类号：	G01N21/64(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	美国密歇根州
主权项：	1.扫描显微镜装置，其包含：第一反射表面，其是平面的；第二反射表面；扫描腔，其尺寸设置为接收具有至少一种激光能量响应物质的固定的组织样品，其中所述扫描腔的至少一部分对应于限定在所述第一反射表面与所述第二反射表面之间的法布里-珀罗谐振腔，所述谐振腔具有大于或等于约1×102的品质因数(Q)；激光泵浦源，其配置成将能量引导至所述扫描腔；以及检测器，其配置成接收和检测由来自所述扫描腔的组织样品中的至少一种激光能量响应物质产生的一个或更多个发射，其中所述第二反射表面或激光泵浦源中的至少一个可相对于所述扫描腔中的固定的组织样品平移，以产生所述组织样品的二维扫描。 2.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述固定的组织样品的第一表面设置在所述第一反射表面上，并且所述固定的组织样品的与所述第一表面相对的第二表面与所述第二反射表面的间隙小于或等于约20微米。 3.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述第一反射表面与所述第二反射表面之间的距离小于或等于约60微米。 4.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中，所述第二反射表面是形成在纤维末端上的扫描镜，其相对于所述固定的组织样品平移。 5.根据权利要求4所述的扫描显微镜装置，其中所述第二反射表面限定凹结构，并且所述凹结构的曲率半径大于或等于约5微米至小于或等于约500微米。 6.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述第二反射表面限定平面结构，并且所述激光泵浦源可相对于所述扫描腔中的所述组织样品平移。 7.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述品质因数(Q)大于或等于约1×105。 8.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述固定的组织样品包含至少两种不同的激光能量响应物质，并且所述检测器能够接收并检测来自每种不同激光能量响应物质的多重发射。 9.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述第二反射表面是可移除的。 10.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述固定的组织样品的厚度大于或等于约1μm至小于或等于约50μm。 11.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述第一反射表面或第二反射表面中的至少一个包含一个或更多个间隔区。 12.根据权利要求11所述的扫描显微镜装置，其中所述一个或更多个间隔区的高度大于或等于约大于或等于约2微米至小于或等于约60微米。 13.根据权利要求11所述的扫描显微镜装置，其中，所述扫描腔还包含围绕所述组织样品设置的至少一种折射率匹配材料。 14.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述固定的组织样品为组织样品微阵列的形式。 15.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述固定的组织样品已被低温保存或经福尔马林固定石蜡包埋。 16.根据权利要求1所述的扫描显微镜装置，其中所述第二反射表面对由所述组织样品中的一种或更多种激光能量响应物质产生的一个或更多个激光发射的反射率大于或等于约80％至小于或等于约99.999％。 17.检测来自组织样品中一种或更多种激光能量响应物质的发射的方法，其中所述方法包括：将来自激光泵浦源的能量引导至设置在扫描腔内的固定的组织样品，所述扫描腔的至少一部分限定形成在第一反射表面与第二反射表面之间的法布里-珀罗谐振腔，所述谐振腔具有大于或等于约1×102的品质因数(Q)，其中所述组织样品包含一种或更多种激光能量响应物质，并且所述第二反射表面或激光泵浦源中的至少一个相对于设置在所述扫描腔内的所述固定的组织样品平移；以及检测由所述组织样品中的一种或更多种激光能量响应物质产生的一个或更多个激光发射，以产生所述组织样品的二维扫描。 18.根据权利要求17所述的方法，其中，对来自所述激光泵浦源的能量的引导包括使激光能量源在设置在所述扫描腔内的组织样品上平移以产生所述二维扫描。 19.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二反射表面限定凹结构，所述凹结构是形成在纤维末端上的扫描镜，其相对于设置在所述扫描腔内的所述组织样品平移以产生所述二维扫描。 20.根据权利要求17所述的方法，其中所述组织样品包含至少两种不同的荧光团或激光能量响应物质，并且所述检测包括检测由所述至少两种不同的荧光团或激光能量响应物质产生的至少两个不同的发射以产生所述组织样品的多重二维扫描。 21.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种激光能量响应物质包含第一激光能量响应物质和不同的第二激光能量响应物质，并且引导至所述固定的组织样品的能量小于所述第一激光能量响应物质的第一激光射阈能量并且大于所述第二激光能量响应物质的第二激光射阈能量，以使得所述一个或更多个发射的检测仅检测来自所述组织样品中的所述第二激光能量响应物质的激光发射。 22.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种激光能量响应物质包含具有第一激光射阈能量的第一激光能量响应物质和具有不同的第二激光射阈能量的不同的第二激光能量响应物质，以使得对来自所述激光泵浦源的能量的引导包括提高能级以首先激发所述第一激光能量响应物质并随后激发所述第二激光能量响应物质，以使得对所述一个或更多个发射的检测检测来自所述第一激光能量响应物质和所述第二激光能量响应物质的发射，其映射所述固定的组织样品内第一激光能量响应物质和第二能量响应物质的分布。 23.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种激光能量响应物质包含具有第一激光射阈能量的第一激光能量响应物质，其中提高引导至所述固定的组织样品的能量的量，以使得所述检测映射所述固定的组织样品中第一激光能量响应物质的浓度分布。 24.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种激光能量响应物质包含第一激光能量响应物质和不同的第二激光能量响应物质，其中所述第一能量响应物质在细胞的核中并且所述第二能量响应物质与靶向位于所述细胞的内部、所述细胞的膜上或所述组织样品的细胞外基质中的抗原的抗体相关。 25.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一反射表面和第二反射表面具有宽反射带。 26.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一反射表面和第二反射表面具有可调反射带，并且所述一种或更多种激光能量响应物质包含具有第一激光射阈能量的第一激光能量响应物质和具有不同的第二激光射阈能量的不同的第二激光能量响应物质，其中所述方法还包括首先调谐所述第一反射表面和第二反射表面以具有第一反射带，其允许来自所述第一激光能量响应物质的激光发射经由那里传输，以使得在能量的引导之后，所述检测是对由所述第一激光能量响应物质产生的一个或更多个发射的检测，并且所述方法还包括调谐所述第一反射表面和第二反射表面以具有不同的第二反射带，其允许来自所述第二激光能量响应物质的激光发射经由那里传输，其中然后进行能量的引导，以使得所述检测是对由所述第二激光能量响应物质产生的一个或更多个发射的检测。 27.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二反射表面对由所述组织样品中的一种或更多种激光能量响应物质产生的一个或更多个激光发射的反射率大于或等于约80％至小于或等于约99.999％。 28.根据权利要求17所述的方法，其还包括检测在所述组织样品中产生的一个或更多个明视场发射或荧光发射，其中所述二维扫描是所述激光发射与所述明视场发射、荧光发射或者所述明视场发射和所述荧光发射二者的复合叠加。 29.根据权利要求28所述的方法，其中所述检测包括检测荧光发射，并且所述方法还包括首先移除所述第二反射表面。 30.根据权利要求17所述的方法，其中由所述组织样品中的一种或更多种激光能量响应物质产生的一个或更多个激光发射提供以下中的至少一种：癌组织亚型的鉴定、癌症的早期检测、癌症阶段的鉴定或激光发射的直方图。 31.用于对组织学组织样品中的一种或更多种生物标志物进行量化的方法，所述方法包括：将来自激光泵浦源的能量引导至设置在扫描腔内的固定的组织学组织样品，所述扫描腔的至少一部分限定形成在第一反射表面与第二反射表面之间的法布里-珀罗谐振腔，所述谐振腔具有大于或等于约1×102的品质因数(Q)，其中所述组织学组织样品包含能够与至少一种生物标志物相关的一种或更多种激光能量响应物质，并且所述第二反射表面或相干电磁辐射激光能量源的源中的至少一个相对于设置在所述扫描腔内的所述固定的组织样品平移；以及检测由所述组织学组织样品中的一种或更多种激光能量响应物质产生的一个或更多个激光发射，以对所述组织学组织样品中存在的至少一种生物标志物的数量进行量化。 32.根据权利要求31所述的方法，其中所述一种或更多种激光能量响应物质包含第一激光能量响应物质和不同的第二激光能量响应物质，并且引导至所述固定的组织样品的能量小于所述第一激光能量响应物质的第一激光射阈能量并且大于所述第二激光能量响应物质的第二激光射阈能量，以使得所述一个或更多个发射的检测仅检测来自所述组织样品中的第二激光能量响应物质的激光发射。 33.根据权利要求31所述的方法，其中所述至少一种生物标志物与所述固定的组织样品内的细胞的核相关，以使得由所述一种或更多种激光能量响应物质产生的一个或更多个发射的检测对应于由所述细胞的核产生的发射，以使得所述量化计算所述组织样品中细胞的核的数量。 34.根据权利要求31所述的方法，其中所述一个或更多个发射的检测涉及所述组织样品的不同区域中至少一种生物标志物的浓度分布，其中改变引导至所述组织样品的能量的激发强度以测量所述组织样品的不同区域中生物标志物的浓度。 35.根据权利要求31所述的方法，其中所述一种或更多种激光能量响应物质包含具有第一激光射阈能量的第一激光能量响应物质和具有不同的第二激光射阈能量的不同的第二激光能量响应物质，以使得对来自所述激光泵浦源的能量的引导包括提高能级以首先激发所述第一激光能量响应物质并随后激发所述第二激光能量响应物质，以使得所述一个或更多个发射的检测检测来自所述第一激光能量响应物质和所述第二激光能量响应物质的发射，其映射所述组织学组织样品内第一激光能量响应物质和第二能量响应物质的分布。 36.根据权利要求31所述的方法，其中所述一种或更多种激光能量响应物质包含具有第一激光射阈能量的第一激光能量响应物质，其中提高引导至所述组织学组织样品的能量的量，以使得所述检测映射所述组织学组织样品中第一激光能量响应物质的浓度分布。 37.根据权利要求31所述的方法，其中由所述一种或更多种激光能量响应物质产生的一个或更多个发射具有小于或等于0.7微米的空间分辨率。 38.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一反射表面和第二反射表面具有宽反射带。 39.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一反射表面和第二反射表面具有可调反射带，并且所述一种或更多种激光能量响应物质包含具有第一激光射阈能量的第一激光能量响应物质和具有不同的第二激光射阈能量的不同的第二激光能量响应物质，其中所述方法还包括首先调谐所述第一反射表面和第二反射表面以具有第一反射带，其允许来自所述第一激光能量响应物质的激光发射经由那里传输，以使得在能量的引导之后，所述检测是对由所述第一激光能量响应物质产生的一个或更多个发射的检测，并且所述方法还包括调谐所述第一反射表面和第二反射表面以具有不同的第二反射带，其允许来自所述第二激光能量响应物质的激光发射经由那里传输，其中然后进行能量的引导，以使得所述检测是对由所述第二激光能量响应物质产生的一个或更多个发射的检测。
所属类别：	发明专利