CN107655869B - 离子荧光超分辨成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离子荧光超分辨成像方法，该方法包括以下步骤：⑴制作待辐照样品；⑵将待辐照样品固定于样品台上，并在待辐照样品后方紧贴该待辐照样品放置荧光靶；⑶将离子束流辐照样品兴趣区随机位置；⑷单个离子入射后依次透射待辐照样品和荧光靶，在所述荧光靶中产生离子激发荧光，荧光经过高倍物镜后由成像设备收集，产生单离子荧光显微图像；⑸将单离子荧光显微图像与同时段获得的状态变化信号关联映射，输出并存储；⑹保持待辐照样品处于离子辐照下，使离子辐照遍历所述样品兴趣区达到成像数据量要求；⑺获得单离子辐照高精度位置坐标，以单离子高精度坐标和状态变化信号关联映射绘图即可。本发明可提高成像分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子成像技术，尤其涉及离子荧光超分辨成像方法。
背景技术
目前，投入应用的离子成像技术主要分为微束扫描成像技术和二次粒子发射成像技术。⑴微束扫描成像技术采用微狭缝光阑来限制束流的物尺寸和发散角，然后用电磁聚焦磁铁组合将能量为MeV至GeV的离子束流聚焦至微米大小的束斑，束斑位置由扫描参数直接给出，其后通过电磁偏转扫描，将微米束斑扫描辐照样品的兴趣区，将束斑扫描位置和样品辐照效应事件关联获得样品辐照效应的微区分布（Metzger S, Dreute J, Heinrich Wet al. Heavy ion microscopy of single event upsets in CMOS SRAMs, IEEE Trans.Nucl. Sci. 1994, 41: 589.；Haran, J.Barak, D.David, N.Refaeli et al. Mappingof single event burnout in power MOSFETs, IEEE Trans. Nucl. Sci. 2007, 54(6):2488-2494.）；⑵二次粒子发射成像技术包括离子电子发射成像技术和离子光子发射成像技术，其采用离子束辐照样品，样品前有薄膜靶，离子穿透薄膜靶后轰击样品，离子在穿透薄膜靶时发射大量电子或光子，通过电子成像透镜组或光学透镜组可以将这些二次粒子放大聚焦至上游的位置灵敏成像器上，随机离子轰击经累积统计后即可获得不同位置的样品辐照效应的事件概率分布（B.L. Doyle, G. Vizkelethy, D.S. Walsh et al. A newapproach to nuclear microscopy: the ion-electron emission microscope, Nucl.Instr. and Meth. B. 1999, 158: 6-17.；D. Bisello, A. Kaminsky, A. Magalini etal. Ion electron emission microscopy at the SIRAD single event effectfacility, Nucl. Instr. and Meth. B. 2001, 181: 254.）。
然而，离子辐照效应的研究通常使用1~100 MeV/u的离子束进行，由于实验束流高能量与高能散的特性使得离子微束扫描成像技术和二次粒子发射成像技术的成像分辨率都不能优于0.5微米，且分辨率随能量增加而变差，能量高于100MeV/u的单粒子效应成像利用现有技术无法实现。另一方面，现有离子成像技术的分辨率与工程实践对分辨率的要求之间存在很大差距，例如随着半导体工艺的发展，几十纳米特征尺寸的微电子器件已经大量商品化应用，其抗辐照特性研究需要相应的几十纳米成像分辨率。因此，亟需发展更高分辨率的离子成像技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高成像分辨率的离子荧光超分辨成像方法。
为解决上述问题，本发明所述的离子荧光超分辨成像方法，包括以下步骤：
⑴制作待辐照样品；
⑵将所述待辐照样品固定于样品台上，使所述待辐照样品的平面与离子束流垂直，并在所述待辐照样品后方紧贴该待辐照样品放置荧光靶；
⑶将离子束流以随机辐照方式或单离子控制方式辐照样品兴趣区内随机位置；
⑷单个离子入射后依次透射所述待辐照样品和所述荧光靶，在所述荧光靶中产生离子激发荧光，荧光经过高倍物镜后由成像设备收集，产生单离子荧光显微图像；
⑸将所述单离子荧光显微图像与同时段获得的所述待辐照样品的状态变化信号关联映射，输出并存储；
⑹保持所述待辐照样品处于离子辐照下，使离子辐照遍历所述样品兴趣区达到成像数据量要求；
⑺利用荧光定位算法，根据所述单离子荧光显微图像获得单离子辐照高精度位置坐标，该坐标的分辨率反比于
，其中N为成像系统探测到的单离子荧光光子数；以所述单离子高精度坐标和所述状态变化信号关联映射绘图，即得到所述样品兴趣区的离子辐照效应高分辨成像。
所述步骤⑴中待辐照样品的厚度与入射离子在其中的射程相匹配。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用单个离子和荧光靶相互作用产生荧光的特性，得到离子荧光显微图像，采用荧光点定位算法分析，根据荧光光子分布统计解析得到高分辨的单离子坐标。将该单个离子辐照样品产生的效应信号和事件（如单粒子效应）与其高分辨坐标映射关联，实现单个离子辐照效应的高分辨定位。
2、本发明利用单个离子的多次辐照，获得样品兴趣区域的离子辐照效应或材料性质的高分辨成像。相比于传统的离子成像技术，本发明的成像分辨率达到了一百纳米甚至更高，适应了日益发展的工程实践需要。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-单个离子；2-样品兴趣区；3-待辐照样品；4-荧光靶；5-离子激发荧光；6-高倍物镜；7-成像设备；8-随机位置；9-状态变化信号。
具体实施方式
如图1所示，离子荧光超分辨成像方法，包括以下步骤：
⑴制作待辐照样品3。
待辐照样品3的厚度与入射离子在其中的射程相匹配，使得离子束流可以透射样品。样品可为微电子器件、固体材料或生物材料等。
⑵将待辐照样品3固定于样品台上，使待辐照样品3的平面与离子束流垂直，并在待辐照样品3后方紧贴该待辐照样品3放置荧光靶4。
⑶将离子束流以随机辐照方式或单离子控制方式辐照辐照样品兴趣区2内随机位置8。
其中：随机辐照方式是指加速器产生的离子束流直接辐照样品，单个的离子到达样品表面的时间随机不受控制。
单离子控制方式是指加速器产生的离子束流经过单离子控制系统后，以单个离子的方式顺序辐照样品。
⑷单个离子1入射后依次透射待辐照样品3和荧光靶4，在荧光靶4中产生离子激发荧光5，荧光经过高倍物镜6后由成像设备7收集，产生单离子荧光显微图像。
⑸将单离子荧光显微图像与同时段获得的待辐照样品3的状态变化信号9关联映射，输出并存储。
⑹保持待辐照样品3处于离子辐照下，使离子辐照遍历样品兴趣区2达到成像数据量要求。
⑺利用荧光定位算法，根据单离子荧光显微图像获得单离子辐照高精度位置坐标，该坐标的分辨率反比于
，其中N为成像系统探测到的单离子荧光光子数；以单离子高精度坐标和状态变化信号9关联映射绘图，即得到样品兴趣区2的离子辐照效应高分辨成像。
其中：荧光定位算法基于现有技术可以实现从单离子荧光显微图像中获得单离子辐照高精度位置坐标。本案中的单离子激发荧光可视为各向同性点光源，根据最小二乘原则或最大似然原则可进行高精度位置拟合，也可通过替代定位算法得到高精度位置估计（Small A, Stahlheber S. Fluorophore localization algorithms for super-resolution microscopy[J]. Nature Methods, 2014, 11(3):267-279.）。
Claims (2)
1.离子荧光超分辨成像方法，包括以下步骤：
⑴制作待辐照样品（3）；
⑵将所述待辐照样品（3）固定于样品台上，使所述待辐照样品（3）的平面与离子束流垂直，并在所述待辐照样品（3）后方紧贴该待辐照样品（3）放置荧光靶（4）；
⑶将离子束流以随机辐照方式或单离子控制方式辐照样品兴趣区（2）内随机位置（8）；
⑷单个离子（1）入射后依次透射所述待辐照样品（3）和所述荧光靶（4），在所述荧光靶（4）中产生离子激发荧光（5），荧光经过高倍物镜（6）后由成像设备（7）收集，产生单离子荧光显微图像；
⑸将所述单离子荧光显微图像与同时段获得的所述待辐照样品（3）的状态变化信号（9）关联映射，输出并存储；
⑹保持所述待辐照样品（3）处于离子辐照下，使离子辐照遍历所述样品兴趣区（2）达到成像数据量要求；
⑺利用荧光定位算法，根据所述单离子荧光显微图像获得单离子辐照高精度位置坐标，该坐标的分辨率反比于 
，其中N为成像系统探测到的单离子荧光光子数；以所述单离子辐照高精度位置坐标和所述状态变化信号（9）关联映射绘图，即得到所述样品兴趣区（2）的离子辐照效应高分辨成像。
2.如权利要求1所述的离子荧光超分辨成像方法，其特征在于：所述步骤⑴中待辐照样品（3）的厚度与入射离子在其中的射程相匹配。
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