DE60133383T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenplasmonenmikroskopie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenplasmonenmikroskopie Download PDF

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in und bezüglich der Mikroskopie, im Besonderen auf die Oberflächenwellenmikroskopie.
  • Oberflächenwellen-Mikroskopiesysteme sind bekannt. Zum Beispiel sind bereits Systeme im Einsatz, die einen bestimmten Typ von Oberflächenwellen, Oberflächenplasmone (SPs, Surface Plasmons) nutzen. Dies verwenden oftmals die so genannte Kretschmann-Anordnung, bei der eine Metallschicht, in der Regel in einer Dicke von 50 nm, auf der Hypotenuse eines Prismas aufgetragen wird, das von einer der anderen Seiten angestrahlt wird. Das Interesse an SPs besteht auf Grund der Tatsache, dass ihre Weiterleitungseigenschaften stark durch das Vorhandensein von dielektrischen Materialien und der Eigenschaften der dielektrischen Materialien beeinflusst werden, die auf der Metalloberfläche aufgetragen sind oder daran anhaften. Zum Beispiel stört eine Atomschicht von dielektrischen Elementen den Winkel, in dem SPs angeregt werden, in einem messbaren Maß. Diese Eigenschaft hat zu der weitverbreiteten Verwendung der SP-Mikroskopie als chemische und biologische Sensoren geführt.
  • Ein Problem bei bestehenden SP-Mikroskopiesystemen ist deren begrenzte seitliche Auflösung (d. h. entlang der Probenoberfläche). Versuche wurden durchgeführt, um eine gute seitliche Auflösung mit konventionellen Fernfeldoptiken zu erzielen. Aber sogar hier ist die erzielte seitliche Auflösung von schlechter Qualität. Die gewöhnliche Erklärung für die schlechte Auflösung ist, dass die SPs bei Anregung sich über einen großen Bereich der Probenoberfläche ausbreiten, da ihre Verfallslänge in der Größenordnung von ein paar zehn Mikron liegt. Das bedeutet, dass es sehr schwer ist, die seitliche Auflösung auf einen Wert zu verbessern, der viel besser ist als dieser Wert. Systeme, die auf der mikroskopischen Untersuchung von Streulicht aus der Kretschmann-Anordnung beruhen, erzielen daher eine ziemlich schlechte Auflösung, und die praktische Grenze scheint wenig besser als 3 μm zu sein, selbst wenn besondere Maßnahmen ergriffen werden. Die einzigen Verfahren, mit denen eine bessere Auflösung unter Verwendung von SPs erzielt werden kann, sind Sensormikroskoptechniken, bei denen das verschwindend kleine Feld der SPs mit einem Näherungssensor erfasst wird. Diese Techniken beinhalten das Untersuchen einer Probe in der sehr nahen Umgebung, was es für viele Anwendungen unbrauchbar macht. Die Probe wird über die dielektrische Seite davon untersucht. Aber es ist bevorzugt, die Probe aus der Ferne über die Metallseite davon zu untersuchen und gleichzeitig eine gute seitliche Auflösung zu erzielen. Das gilt für SP- und anderen Oberflächenwellen-Mikroskopiesysteme.
  • In "Locally excited surface-plasmon-polaritons for thickness measurement of LBK films"; Kano u. a.; Optics Communications, Vol. 153, Nr. 4–6, Seite 235–239; Aug, 1998, wird ein Verfahren offengelegt, das eine Mikroskopvorrichtung aufweist, um Oberflächenplasmon-Polaritone (Surface-Plasmon-Polariton, SPP) zur Dickenmessung von LBK-Filmen zu verwenden. Gemäß dem Verfahren wird ein Glassubstrat-Objektträger, der auf einer Seite mit einer dünnen Metallfolie beschichtet ist, und eine dielektrische Probe von der anderen Seite über eine Ölimmersions-Objektivlinse mit einer hohen numerischen Apertur angestrahlt, um die in allen Richtungen der Metalloberfläche sich ausbreitenden SPPs anzuregen. Das Dokument legt weiterhin offen, dass die SPPs einander überlagern und ein Interferenzmuster bilden. Als Ergebnis der Interferenz wird ein starkes elektrisches Feld um einen fokussierten Punkt erzeugt. Das ist die Lokalisierung der SPPs. Das Ergebnis einer Modellberechnung zeigt, dass die Größe der Lokalisierung bestenfalls in der Größenordnung von 300 nm für ein Anregungslicht mit einer Wellenlänge von 488 nm liegt. Darüber hinaus, legt dieses Dokument weiterhin offen, dass die Methode auf einen Mikroskopmodus erweiterbar ist. Sie bietet die Möglichkeit, ein Bild sowohl mit hoher Empfindlichkeit bezüglich der Variation der Filmdicke als auch der räumlichen Auflösung herzustellen, die bislang unerreicht ist.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Analyse einer Probe aus leitfähigem Material mit einer Mikroskopvorrichtung vorgesehen, das die Schritte aufweist: (i) Bestrahlen der Probe mit einem Bestrahlungsstrahl, wobei zumindest ein Teil des Bestrahlungsstrahls auf der Probe in einem Winkel oder in Winkeln einfällt, die zur Anregung der Oberflächenplasmone führen; (ii) Anregen der Oberflächenplasmone über einen Ring an einer Oberfläche des leitfähigen Materials, indem die Oberfläche mit einem ringförmigen Bestrahlungsstrahl angestrahlt wird oder indem die Oberfläche des leitfähigen Materials an einer Position außerhalb der Brennebene eines fokussierten Anregungsstrahls angeordnet wird; (iii) Erfassen der Strahlung, die eine von den Oberflächenplasmonen erzeugte Strahlung beinhaltet; und (iv) Analyse der erfassten Strahlung, um Informationen über die Probe zu erhalten; wobei die Fokusgröße der Oberflächenplasmone und damit die Auflösung in der gleichen Ebene wie das leitfähige Material beugungsbegrenzt ist.
  • Die Analyse wird oft eine Aufnahme der Probe sein, aber es sind auch andere Formen der Analyse möglich. Die maximale Intensität der Oberflächenplasmone kann daher an einem Fokus erzielt werden. Die Größe des Fokus und damit die durch dieses Verfahren erzielte Auflösung wird durch die Wellenlänge der Oberflächenplasmonen anstatt deren Weiterleitungslänge bestimmt, d. h., er ist beugungsbegrenzt und nicht durch die Weiterleitungslänge begrenzt. Die Größe des Fokus in der Ebene der Probenoberfläche ist unter Umständen nicht gleich der Größe des Fokus normal zur Ebene der Probenoberfläche. Der Fokusdurchmesser in der Ebene der Beispieloberfläche ist vorzugsweise 1 μm oder weniger.
  • Die Oberflächenplasmone können über einen Ring der Probenoberfläche angeregt werden und können im Wesentlichen in der Mitte des Rings zu einem Fokus kommen. Die Mitte des Rings fällt vorzugsweise mit der Achse der Mikroskopvorrichtung zusammen. Die Anregung über einen Ring kann durch Bestrahlen der Probe mit einem ringförmigen Bestrahlungsstrahl erzielt werden. Dies kann durch eine Strahlungsquelle erzielt werden, die einen ringförmigen Strahlungsstrahl erzeugt. Dies kann durch Bestrahlen der Probe durch eine Objektlinse in der Mikroskopvorrichtung erzielt werden, die einen Ring in deren hinteren Brennebene angeordnet hat. Der Ring kann so positioniert sein, dass die Bestrahlung einer Probe über einen Bereich von Winkeln stattfindet, zu denen der Bereich von Winkeln für die Anregung von Oberflächenplasmonen gehört, der aber im Wesentlichen andere Winkel ausschließt.
  • Die Anregung über einen Ring kann erzielt werden, indem die Probe an einer Position außerhalb der Brennebene der Mikroskopvorrichtung angeordnet wird. Ein Bestrahlungskreis fällt dann auf die Probenoberfläche ein, und wenn Oberflächenplasmone durch die auf die Probe in bestimmten Bereichen von Winkeln einfallende Bestrahlung angeregt werden, regt nur ein Ring des Bestrahlungskreises die Oberflächenplasmone an. Der Bereich der Winkel hängt von dem Material der zu analysierenden Probe ab. Der Bereich der Winkel kann 1, 2 oder 3 Grad sein, oder mehr oder weniger als diese Werte. Der Ring kann einen Innen- oder eine Außendurchmesser in der Größenordnung von einigen Mikron haben.
  • Indem die Probe an einer Position außerhalb der Brennebene der Mikroskopvorrichtung angeordnet wird, wird das vorhandene Hintergrundsignal verringert und der Beitrag der Strahlung, die durch die Oberflächenplasmone in der erfassten Strahlung erzeugt wird, erhöht sich.
  • Die Position der Probe außerhalb der Brennebene der Mikroskopvorrichtung kann variiert werden. Dies kann durch Mittel zum Verschieben der Probe erzielt werden. Zum Beispiel kann die Probe zuerst direkt außerhalb der Brennebene angeordnet und schrittweise aus der Brennebene entfernt werden. Alternativ kann die Probe an einer Entfernung zu der Brennebene angeordnet werden und schrittweise in Richtung der Brennebene bewegt werden. Dies wird allgemein als Defokussierung der Probe bezeichnet, und der Abstand der Probe von der Brennebene wird als Defokus, mit der Referenz z, bezeichnet. Die Probe wird vorzugsweise über der Brennebene der Vorrichtung angeordnet und von der Brennebene weg oder zu ihr hin verschoben. Die Variation des Defokus z ermöglicht Änderungen im Kontrast zwischen den verschiedenen Merkmalen der zu analysierenden Probe. Die Variation des Defokus z kann zur Bestimmung verwendet werden, den optimalen Defokus zu bestimmen, an dem die Probe zur Analyse positioniert werden sollte. Natürlich kann die Probe fest sein und zumindest ein Teil der Mikroskopvorrichtung wird bewegt: eine relative Bewegung ist erforderlich. In einigen Ausführungsformen können wir die Objektivlinse bewegen (und den Körper des Mikroskops feststehend lassen).
  • Das Verfahren kann eine Mikroskopvorrichtung aufweisen, die Mittel zum Anregen von Oberflächenplasmonen enthält. Dies kann eine Flüssigkeitsimmersions-Objektivlinse, z. B. Ölimmersions-Objektivlinse sein. Die Probe kann in der Brennebene der Objektivlinse oder außerhalb der Brennebene der Objektivlinse angeordnet sein.
  • Dieses Verfahren erlaubt vorzugsweise die Anregung der Oberflächenplasmone und die Erfassung der Strahlung, die durch die Oberflächenplasmone von einer Seite der Probe erzeugt werden. Das Verfahren ist bevorzugt ein Fernfeldverfahren, d. h., das Anregen der Oberflächenplasmone und das Erfassen der durch die Oberflächenplasmone erzeugten Strahlung wird durch das Fernfeld verwirklicht. Damit wird vermieden, dass ein Sensor in enger Nähe zur Probe positioniert wird, was die Messung stören kann, was ein Nachteil der Sensorverfahren ist.
  • Ein Probe kann immer entfernt von der Probenseite (was die Interferenz reduziert) oder entfernt von der dielektrischen Seite untersucht werden: dieses Verfahren ist nicht darauf beschränkt, nur eine Seite einer Probe zu untersuchen: im Besonderen können wir die Nicht-Probenseite mit inhärenten Vorteilen untersuchen.
  • Wir können auch eine Probe in größeren Abständen untersuchen als dies bei einigen anderen Techniken möglich ist: zum Beispiel kann eine Mikroskoplinsen/Probentrennung in der Größenordnung von 100 Mikron oder ähnlichen Werten (z. B. 100 μm, 200 μm, etc.) typisch sein.
  • Die Probe kann mit einem Bestrahlungsstrahl eines Lasers bestrahlt werden. Der Laser kann ein CW-Laser (Continuous Wave-Laser) sein, zum Beispiel ein 633 nm HeNe-Laser. Der Laser kann ein gepulster Laser sein, zum Beispiel ein Titan-Saphir-Laser.
  • Die Probe kann mit Abtastmitteln abgetastet werden, um Informationen über mehrere Punkte davon zu liefern. Das Verfahren kann die Verwendung von mechanischen Abtastmitteln umfassen. Das Verfahren kann die Verwendung von Spiegelabtastmitteln umfassen.
  • Das Verfahren kann eine Mikroskopvorrichtung mit einer Weitfeldgestaltung umfassen. Informationen über mehrere Punkte der Probe können daher erhalten werden, ohne dass ein Abtastverfahren verwendet werden muss. In dem Verfahren kann ein Strahlungsstrahl durch einen Diffuser durchgeleitet werden und der resultierende Strahl zum Bestrahlen der Probe und eines Referenzspiegels jeweils mit einem Speckle-Muster verwendet werden. Die Bestrahlung dieser kann überlagert werden, vorzugsweise auf der Bildebene. Das Interferenzsignal bezieht sich auf die Starke der Korrelation zwischen zwei Speckle-Mustern. Der Diffuser kann rotiert werden, um sicherzustellen, dass der Durchschnittswert der Korrelation erhalten wird, so dass das Speckle-Rauschen gemittelt wird. Das Interferenzsignal kann aus dem Hintergrundsignal mit einem Phasenschritt-Algorithmus (Phase Stepping-Algorithmus) extrahiert werden. Solch ein Weitfeld-Bildgebungsverfahren bietet eine beugungsbegrenzte Auflösung.
  • Alternativ kann auf einen Referenzstrahl verzichtet werden, und die Interferenzbedingungen zwischen den verschiedenen Teilen der Strahlung, die die Probe anstrahlen, können geändert werden. Dieses Verfahren kann die Verwendung eines herkömmlichen optischen Mikroskops mit einer Ölimmersions-Objektivlinse umfassen und die Probe auf entscheidende Weise anstrahlen. Bei der entscheidenden Anstrahlung ist jeder Anstrahlungspunkt wechselseitig inkohärent, wobei in der hinteren Brennebene der Linse das Feld aus einem Spektrum der Ebenenwellen besteht, die in sich selbst kohärent, aber zueinander inkohärent sind. Der Bildgebungsprozess kann somit daraus bestehen, jede dieser Ebenenwellen zu einem Punkt in der Bildebene hinzuzufügen. Die Probe ist bevorzugt an einer Position außerhalb der Brennebene der Objektivlinse angeordnet, vorzugsweise direkt außerhalb der Brennebene der Linse, d. h. die Probe ist etwas defokussiert. Dies führt eine Phasenverschiebung ein, so dass die durch Anregung der Oberflächenplasmone erzeugten Strahlungen zur Phase hinzugefügt werden. Das Verfahren kann weiterhin das Filtern der Eingangsverteilung in der hinteren Brennebene umfassen, indem nur die Einfallswinkel nahe des normalen Einfalls und die im Bereich von einigen Graden der Winkel, die zum Anregen der Oberflächenplasmone erforderlich sind, zugelassen sind. Dies verbessert den Kontrast der Oberflächenplasmone weiter. Ein räumlicher Lichtmodulator in der hinteren Brennebene kann verwendet werden, um die relative Phase des nahe des normalen Lichteinfalls einfallenden Lichts zu ändern, und des Lichts, das an der Anregung der Oberflächenplasmone beteiligt ist. Dies ermöglicht einen modifizierten Phasenschritt-Algorithmus, um den Oberflächenplasmon-Beitrag einzeln wiederherzustellen. Eine CCD-Kamera eines eingeschränkten dynamischen Bereichs kann zur Erfassung der Strahlung verwendet werden, die von den Oberflächenplasmonen erzeugt wurde. Ist dies der Fall, sind die Defokussierung, die räumliche Filterung und die Phasenschrittbildung wichtige Stufen bei der Herstellung eines praktischen Vollfeld-Oberflächenplasmon-Mikroskops. Diese Prozesse erhöhen das Oberflächenplasmon-Signal, reduzieren den Hintergrund und entfernen das Hintergrundsignal. Die Verarbeitung stellt sicher, dass das Oberflächenplasmon-Signal ein gutes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis aufweist, aber es ist auch sehr wichtig sicherzustellen, dass das Hintergrundsignal nicht so hoch ist, um sicherzustellen, dass die verfügbaren Graustufen der CCD-Kamera nicht durch ein dominantes Hintergrundsignal absorbiert werden. Dieses Verfahren kann letztendlich eine bessere Leistung hinsichtlich Stabilität und Einfachheit bieten.
  • Die Probe kann ein leitfähiges Material umfassen, z. B. eine Metallschicht mit einem dielektischen Material oder mehreren dielektischen Materialien, die auf einer Oberfläche eines leitfähigen Materials aufgetragen oder anhaftend sind. Die Oberflächenplasmone können in einer Oberfläche des leitfähigen Materials angeregt werden. Bei allgemeinen Oberflächenplasmonen können weitere Schichten zur Unterstützung der Oberflächenplasmone verwendet werden. Die über die Probe erhaltenen Information kann Information über das Vorhandensein und/oder die Zusammensetzung und/oder die Funktion des einen oder der mehreren dielektrischen Materialien sein. Das eine dielektrische Material oder die mehreren dielektrischen Materialien können ein biologisches oder chemisches oder pharmazeutisches Material bzw. Materialien aufweisen.
  • Zwei oder mehr Oberflächenplasmone können miteinander Fluoreszenz in der Probe erzeugen. Die Oberflächenplasmone sind Photone, und dies ist als Multi- Photonen-Anregung bekannt und basiert auf der zusammenwirkenden Anregung durch eine Reihe von Photonen, die zusammenwirken, um einen Träger von einem Grundzustand in einen angeregten Zustand über eine Energielücke anzuregen, die größer ist als die Energie der einzelnen Photonen, aber kleiner als die Gesamtenergie der zusammenwirkenden Photonen. Eine Zwei-Photonen-Anregung ist im Allgemeinen ein dominanter Prozess. Wenn der Träger wieder in den Grundzustand zurückkehrt, gibt er fluoreszierende Strahlung ab, deren Energie im Allgemeinen größer ist als die Energie der einzelnen anregenden Photonen. Die Multi-Photonen-Anregung beruht daher auf der Anregung von Photonen mit einer langen Wellenlänge, zum Beispiel in der Größenordnung von 800 nm, was eine fluoreszierende Strahlung mit einer kürzeren Wellenlänge, zum Beispiel in der Größenordnung von 400 bis 500 nm erzeugt. Die fluoreszierende Strahlung liefert Informationen über die Probe. Die erfasste Strahlung kann fluoreszierende Strahlung von der Probe enthalten. Ein oder mehrere Eigenschaften dieser Strahlung können erfasst und nachfolgend analysiert werden. Die eine oder mehreren Eigenschaften können zum Beispiel die Anzahl oder das Energiespektrum der fluoreszierenden Photone umfassen.
  • Die Stärke der Zwei-Photonen-Emission ist proportional zum Quadrat der Dichte der angeregten Oberflächenplasmone. Allgemein ist die Stärke der Emission proportional zur Intensität für die Potenz der Ordnung des Prozesses (z. B. das Quadrat der Intensität für einen Zwei-Photonen-Prozess, die dritte Potenz der Intensität für einen Drei-Photonen-Prozesses). Wenn in diesem Verfahren die Oberflächenplasmone zu einem Fokus kommen, wird ihre Intensität im Fokus verbessert und daher wird die Multi-Photonen-Anregung im Fokus verbessert. Darüber hinaus, wenn die Probe eine Metallschicht mit einem dielektrischen Material oder mehreren dielektrischen Materialien an dessen Oberfläche aufgetragen oder daran anhaftend enthält, wird die Anregung der Oberflächenplasmonen verbessert. Multi-Photonen-Anregung mit Oberflächenplasmonen sind daher sehr für die Untersuchung von Eigenschaften von Übergangsstellen und Oberflächen sehr geeignet.
  • Wenn die Probe eine Metallschicht mit einem dielektrischen Material oder mehreren dielektrischen Materialien auf der Oberfläche davon aufgetragen oder anhaftend aufweist, kann das Material gewählt werden, um mindestens im Wesentlichen für die Strahlung, mit der die Probe bestrahlt wird, opak zu sein. Das ist eine Bedingung für eine wirksame Anregung und Ausbreitung der Oberflächenplasmone. Das Metall kann im Wesentlichen auch transparent für die fluoreszierende Strahlung von der Probe sein. Dies ermöglicht die verbesserte Übertragung der fluoreszierenden Strahlung durch die Probe. Die Probe kann dann von der Oberfläche bestrahlt werden und die fluoreszente Strahlung von der Oberfläche davon entdeckt werden. Ein Metall, das dies erfüllt, ist Gold. Es ist im Wesentlichen für Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 800 nm opak, und im Wesentlichen für Strahlung mit einer Wellenlänge von 500 nm oder weniger transparent.
  • Die Probe kann ein oder mehrere Fluorophore hinzugefügt haben. Die erfasste fluoreszierende Strahlung wird durch die Gegenwart von Fluorophoren beeinflusst und liefert Informationen über die Probe. Zum Beispiel kann das Vorhandensein der Fluorophore die Analyse der Zusammensetzung oder der Funktion der Probe ermöglichen.
  • Multi-Photonen-Anregung kann durch Oberflächenplasmone erhalten werden, die über einen Ring der Beispieloberfläche angeregt werden. Dies kann erhalten werden, indem die Probe an einer Position außerhalb der Brennebene der Mikroskopvorrichtung angeordnet wird und die im Wesentlichen im Zentrum des Rings zu einem Fokus kommt. Dies kann erhalten werden, indem ein Ring in der hinteren Brennebene der Vorrichtung angeordnet wird. Dies kann erzielt werden, indem die Polarisierung der Strahlung, mit der die Probe bestrahlt wird, gesteuert wird.
  • Das Verfahren kann eine Mikroskopvorrichtung aufweisen, die eine Flüssigkeitsimmersions-Objektivlinse, wie eine Ölimmersions-Objektivlinse, enthält. Die Probe kann in der Brennebene der Objektivlinse angeordnet sein oder außerhalb der Brennebene der Objektivlinse. Ein Teil des zum Bestrahlen der Probe verwendeten Strahlungsstrahls kann von der Probenoberfläche reflektiert werden. Die fluoreszierende Strahlung der Probe kann schwächer sein als diese reflektierte Strahlung. Das Verfahren kann zumindest teilweise das Blockieren der von der Probe reflektierten Strahlung umfassen. Dies kann durch Sperrmittel, wie einen Interferenzfilter, erzielt werden.
  • Die Probe kann mit einem Bestrahlungsstrahl eines gepulsten Lasers bestrahlt werden. Solch ein Laser hat hohe Spitzenleistungen und verbessert somit die Stärke der Multi-Photonen-Anregung. Der gepulste Laser kann ein Titan-Saphir-Laser sein.
  • Das Verfahren kann das Anregen harmonischer Oberflächenplasmone enthalten. Diese können zweite oder dritte oder höhere harmonische Oberflächenplasmonen umfassen. Zweite harmonische Oberflächenplasmone haben die halbe Wellenlänge der Strahlung, mit der die Probe bestrahlt wird, dritte harmonische Oberflächenplasmone haben ein Drittel dieser Wellenlänge usw. Die erfasste Strahlung kann eine Strahlung aufweisen, die durch harmonische Oberflächenplasmone erzeugt wird. Die Strahlung, mit der die Probe bestrahlt wird, erzeugt Oberflächenplasmone darin und Nicht-Linearitäten in der Probe, im Besonderen führen Regionen an der Oberfläche, an der die Symmetrie unterbrochen ist, zur Erzeugung zweiter (oder höherer) harmonischer Oberflächenplasmone. Einige dieser Oberflächenplasmone können erfasst werden, zum Beispiel können Sie von der Probe durch die Objektlinse der Vorrichtung zu einem Detektor davon zurückfließen. Die hohe Intensität der Strahlung, die zum Bestrahlen der Probe nahe der optischen Achse verwendet wird, stellt sicher, dass der Großteil der harmonischen Oberflächenplasmone in diesem Bereich erzeugt wird.
  • Die durch die harmonischen Oberflächenplasmone erzeugte Strahlung kann mit einem Referenzstrahlungsstrahl kombiniert werden. Diese können dann kombiniert werden, indem sie veranlasst werden, einander zu überlagern. Das Verfahren kann die Verwendung einer Vorrichtung umfassen, die mit einem Interferometer bereitgestellt oder als solches konfiguriert ist, um die Interferenzen dieser Strahlungen zu erhalten. Der Referenzstrahlungsstrahl sollte kohärent mit der Strahlung sein, die von den harmonischen Oberflächenplasmonen erzeugt wird. Dies kann erzielt werden, indem der Strahlungsstrahl aufgeteilt wird, mit dem die Probe bestrahlt wird und ein Teil davon durch einen nicht-linearen Kristall durchgeleitet wird. Die von den harmonischen Oberflächenplasmonen erzeugte Strahlung und der Strahl aus dem Kristall können dann überlagert werden. Die Interferenz der beiden Strahlungen kann erhalten werden, indem ein Überlagerungsinterferometer verwendet wird. Dieses kann eine Bragg-Zelle nutzen. Die Interferenz der beiden Strahlungen kann mit Hilfe des Phasen-Schritt-Ansatzes erhalten werden.
  • Das Verfahren liefert einen Kontrast, der bei herkömmlichen linearen Bildgebungsverfahren nicht erhältlich ist, und besonders sensitiv gegenüber den Eigenschaften von Übergangsstellen ist, an denen die Symmetrie aufgebrochen ist. Die hohe Sensitivität, die durch die Interferenzgestaltung gewährt ist, ermöglicht die Erfassung einer sehr schwachen harmonischen Oberflächenplasmon-Strahlung auf relativ einfache Weise. Bei der Interferenz kann auch die komplexe Suszeptilität der Probe gemessen werden, was wichtige Informationen über die internen Entspannungsprozesse der zu untersuchenden Probe liefert, im Besonderen von biologischen Proben.
  • Das Verfahren kann die Verwendung eines Strahlungsstrahls zur Bestrahlung des Beispiels umfassen, der durch einen gepulsten Laser erzeugt wurde, der vorzugsweise eine hohe Spitzenleistung aufweist. Der gepulste Laser kann ein Titan-Saphir-Laser sein.
  • Die Erfassung der Strahlung, die durch die harmonischen Oberflächenplasmone erzeugt wurde, kann auch ohne den Referenzstrahl erzielt werden. d. h. ohne Verwendung eines Interferometers. Informationen über die komplexen Mengen der Probe sind dann nicht zugreifbar und unterschiedliche Erfassungsmethodologien sind erforderlich, aber dieses Verfahren ist auf Grund seiner Einfachheit sehr attraktiv. Das Verfahren kann auch eine Zwei-Photonen-Anregung der fluoreszierenden Strahlung beinhalten. Sowohl die durch die zweiten harmonischen Oberflächenplasmone erzeugte Strahlung wie auch die fluoreszierende Strahlung können gleichzeitig erfasst werden, indem die Strahlungen an unterschiedlichen Wellenlängen erfasst werden. Die durch die zweiten harmonischen Oberflächenplasmone erzeugte Strahlung wird mit der halben Wellenlänge der Strahlung ausgesendet, mit der die Probe bestrahlt wird.
  • Die fluoreszierende Strahlung wird in einer Wellenlänge ausgesendet, die etwas größer ist als die Wellenlänge der Strahlung, die zum Bestrahlen der Probe verwendet wird. Die beiden Strahlungen können durch Komponenten getrennt werden, die in der Wellenlänge selektiv sind, wie dichromatische Spiegel oder Interferenzfilter.
  • Oberflächenplasmone werden nur durch p-polarisierte Strahlung angeregt. Der Polarisierungszustand der Strahlung, die auf die Probe einfällt, hängt vom Polarisierungszustand der Strahlung ab, die auf die hintere Brennebene der Vorrichtung einfällt. Die Strahlung, die auf die hintere Brennebene einfällt, kann linear polarisiert werden (einige Laser senden linear polarisiertes Licht aus, aber wir können Polarisierungssteuerungsoptiken, z. B. lineare Polarisatoren aufnehmen). In diesem Fall variiert die Polarisierung der Strahlung, die auf die Probe einfällt, zwischen der reinen p-Polarisierung, durch eine Kombination der p- und s-Polarisierung, und einer reinen s-Polarisierung, wenn der Azimutwinkel geändert wird. Die Folge hiervon ist, dass die Stärke der p-Polarisierung der Strahlung im Ring der Strahlung, die auf die Probe in einem solchen Winkel oder solchen Winkeln zum Anregen der SPs einfällt, variiert, wobei sie am stärksten in einer Richtung parallel zur Polarisationsrichtung der Strahlung ist, die auf die hintere Brennebene einfällt, und am schwächsten in der Richtung normal dazu. Die auf die hintere Brennebene einfallende Strahlung kann kreisförmig polarisiert sein. In diesem Fall variiert die Stärke der p-Polarisierung der Strahlung im Ring der Strahlung, die auf die Probe in einem solchen Winkel oder in solchen Winkeln einfällt, um die SPs anzuregen, nicht. Die auf die hintere Brennebene einfallende Strahlung kann kreisförmig polarisiert sein, d. h., sie kann in einer Richtung entlang des Radius der hinteren Brennebene polarisiert werden. In diesem Fall wird die Anregung der SPs verbessert. Die auf die hintere Brennebene einfallende Strahlung kann linear polarisiert werden, so dass sich die Phase der Strahlung um 180 Grad in verschiedenen Halbkreisen davon unterscheidet. Hierdurch kann die SP-Anregung in der Mitte des Rings der Strahlung verbessert werden, die auf die Probe in solchen einem Winkel oder Winkeln zum Anregen der SPs einfällt, wenn die Probe defokussiert ist.
  • Die erfasste Strahlung kann eine Strahlung enthalten, die durch Oberflächenplasmone erzeugt wird. Die erfasste Strahlung kann Strahlung enthalten, die von der Probenoberfläche abgestrahlt wird, die darin angeregte Oberflächenplasmonen aufweist. Eine oder mehrere Eigenschaften der Strahlung können erfasst und analysiert werden. Die einen oder mehreren Eigenschaften können die Phase und/oder Amplitude der Strahlung umfassen.
  • Die erfasste Strahlung kann weiterhin Strahlung enthalten, die von der Probenoberfläche abgestrahlt wird, die keine angeregten Oberflächenplasmonen darin aufweist. Eine oder mehrere Eigenschaften dieser Strahlung können erfasst und analysiert werden. Zu den einen oder mehreren Eigenschaften können die Phase und/oder Amplitude der Strahlung gehören.
  • Die von der Probenoberfläche abgestrahlte Strahlung, die darin angeregte Oberflächenplasmonen hat und die von der Probenoberfläche abgestrahlte Strahlung, die keine Oberflächenplasmone darin angeregt hat, können mit einem Referenzstrahlungsstrahl kombiniert werden. Diese Strahlungen und der Referenzstrahlungsstrahl können kombiniert werden, indem sie einander überlagern. Das Verfahren kann die Verwendung einer Mikroskopvorrichtung umfassen, die mit einem Interferometer bereitgestellt oder als solches konfiguriert ist, um die Interferenzen dieser Strahlungen zu erzielen. Im Allgemeinen sind die von der Probenoberfläche abgestrahlte Strahlung, die darin angeregte Oberflächenplasmonen besitzt, und die von der Probenoberfläche abgestrahlte Strahlung, die keine Oberflächenplasmone darin angeregt hat, räumlich getrennt. Der Referenzstrahlungsstrahl kann zur Überlappung veranlasst werden und sich daher mit diesen beiden Strahlungen überlappen. Der Strahlungsstrahl zum Bestrahlen der Probe und der Referenzstrahlungsstrahl können mit derselben Bestrahlungsquelle erzeugt werden. Das erzeugte Gesamtinterferenzsignal, das durch die Interferenz der Strahlungen und dem Referenzstrahlungsstrahl erzeugt wird, kann analysiert werden, um Informationen über die Probe zu erhalten. Im Besonderen kann die Größenordnung des Gesamtinterferenzsignals analysiert werden. Dies wird als Ausgangsreaktion V der Mikroskopvorrichtung bezeichnet. Die Analyse der Phase dieses Signals würde zusätzliche Informationen liefern, aber es ist nicht immer erforderlich. Die Schwingung der Größe des Gesamtinterferenzsignals, das sich in der Phasendifferenz-zwischen ihnen ändert, durch die Defokussierung der Probe verursacht, kann analysiert werden. Wenn die Probe defokussiert ist, liegt die seitliche Auflösung, die durch eine Analyse der Schwingung der Größe des Gesamtinterferenzsignals erhalten wird, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,3 bis 0,5 μm. Die Schwingung der Größe des Gesamtinterferenzsignals mit Veränderungen in der Phasendifferenz zwischen ihnen, die durch Defokussierung der Probe verursacht werden, können analysiert werden, um den optimalen Wert der Defokussierung zu bestimmen, die den besten Kontrast zwischen den Merkmalen der Probe liefert.
  • Wenn ein Referenzstrahlungsstrahl verwendet wird, kann das Verfahren den Einsatz einer Mikroskopvorrichtung aufweisen, die einen Bestrahlungsarm einer ersten Probe und einen Bestrahlungsarm einer zweiten Probe umfasst. Eine Ölimmersions-Objektivlinse kann im ersten Arm der Vorrichtung vorgesehen sein. Eine Bragg-Zelle kann in jedem Arm verwendet werden, um die Frequenzverschiebung der Strahlung, die durchgeleitet wird, zu beeinflussen. Vorzugsweise führt eine erste Bragg-Zelle eine Frequenzverschiebung von zum Beispiel 80 MHz ein und eine zweite Bragg-Zelle führt eine Frequenzverschiebung von zum Beispiel 80 MHz ± 1 kHz ein, wodurch das Gesamtsignal an einer Differenzfrequenz von 1 kHz erfasst werden kann. Die Verwendung von zwei Bragg-Zellen kann so die Auswirkungen von Störreflektionen in den Bragg-Zellen verringern. Durch den Einsatz von zwei Bragg-Zellen kann das Gesamtsignal an einer praktischen Frequenz erfasst werden, z. B. 1 kHz oder 10 kHz. Solch eine Mikroskopvorrichtung kann als Überlagerungsinterferometrie-Mikroskopvorrichtung beschrieben werden. Das Verfahren kann die Verwendung einer Mikroskopvorrichtung umfassen, die einen Photodetektor aufweist, dessen Ausgangssignal in einem Lock-in-Verstärker und einem PC erfasst und analysiert wird. Sie können zur Erfassung und Aufzeichnung der Amplitude und Phase der erfassten Strahlung als Funktion des Defokus z verwendet werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Mikroskopvorrichtung vorgesehen, die das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführt.
  • Die Mikroskopvorrichtung ist bevorzugt ein Fernfeldvorrichtung, d. h.. das Anregen der Oberflächenplasmonen und das Erfassen der durch die Oberflächenplasmonen erzeugten Strahlung wird durch das Fernfeld erhalten.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann einen Emitter eines einfallenden Strahls umfassen, der einen zum Bestrahlen der Probe verwendeten Strahlungsstrahl erzeugt.
  • Die Strahlungsquelle kann einen Laser aufweisen. Der Laser kann ein CW-Laser (Continuous Wave-Laser) sein, zum Beispiel ein 633 nm HeNe-Laser. Der Laser kann ein gepulster Laser sein, zum Beispiel ein Titan-Saphir-Laser. Gepulste Laser sind vor allem für den Einsatz in Multi-Photonen- oder harmonischen Systemen geeignet.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann auch eine Linse aufweisen, durch die die Probe vom Bestrahlungsstrahl bestrahlt wird. Die Linse kann eine Flüssigkeitsimmersions-Objektivlinse sein. Die Linse kann eine Ölimmersions-Objektivlinse sein. Die Linse kann eine Zeiss CP-Achromat 100x/1,25oil Ölimmersions-Objektivlinse sein. Die Linse kann eine andere kommerziell erhältliche Objektivlinse mit ausreichender numerischer Apertur haben, um die gewünschten Oberflächenplasmonen anzuregen. Die Linse kann eine numerische Apertur (NA) von 1,2, oder höher als 1,5 zum Beispiel 1,65 haben. Für Linsen mit hoher numerischer Apertur wird ein Immersionsfluid mit einem hohen Brechungsindex verwendet. Zum Beispiel bei einer Linse mit einer numerischen Apertur von 1,65 kann der Brechungsindex des Fluids in der Linse etwa 1,78 betragen.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann Erweiterungsoptiken für den Strahlungsstrahl aufweisen. Diese können einen Strahl-Expander enthalten. Die Mikroskopvorrichtung kann ein oder mehrere Strahl-Splitter aufweisen. Die Mikroskopvorrichtung kann ein oder mehrere optische Frequenz-Shifter umfassen, zum Beispiel Bragg-Zellen.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann einen Strahlungsdetektor aufweisen. Die Mikroskopvorrichtung kann einen oder mehrere Photodetektoren aufweisen. Diese können eine oder mehrere Photodioden und/oder eine oder mehrere Photomultiplier umfassen, wie Lawinen- oder Vakuum-Photomultiplier. Die Mikroskopvorrichtung kann ein oder mehrere Lock-in-Verstärker aufweisen.
  • Das von dem Detektor oder jedem Detektor erzeugte Signal kann gefiltert und/oder durch ein oder mehrere Lock-in-Verstärker verstärkt werden.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann einen Signalanalysierer aufweisen. Der Analysierer analysiert das erfasste Signal aus dem Strahlungsdetektor. Darüber hinaus können die Analysemittel mit dem einen oder jeden oder einigen der Lock-in-Verstärker gekoppelt sein, und können Signale von dem oder jeden oder einigen der Lock-in-Versträrker aufnehmen und analysieren. Die Analysemittel können ein Signal anzeigen, das von dem oder jeden oder einigen der Detektoren oder von dem oder jeden oder einigen Lock-in-Verstärkern empfangen wurde. Die Analysemittel können einen PC umfassen.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann eine Probenhalterung aufweisen, die die Probe hält. Wenn die Probe eine biologische Probe ist, kann der Probenhalter die Probe in einer wässrigen Umgebung halten.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann Mittel zum Erzeugen eines ringförmigen Strahlungsstrahls aufweisen, der zum Bestrahlen der Probe verwendet wird, in der Form einer Strahlungsquelle, die den ringförmigen Strahlungsstrahl erzeugt. Dies kann eine Objektlinse umfassen und einen Ring, der in der hinteren Brennebene der Linse angeordnet ist. Dieser kann so positioniert sein, dass die Bestrahlung einer Probe über einen Bereich von Winkeln stattfindet, zu denen der Bereich von Winkeln für die Anregung von Oberflächenplasmonen gehört, aber im Wesentlichen andere Winkel ausschließt.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann Abtastmittel enthalten. Damit kann eine Probe abgetastet werden, um Informationen über mehrere Punkte davon liefern. Die Abtastmittel können mechanische Abtastmittel umfassen. Die mechanischen Abtastmittel können ein oder mehrere mechanische Stufen aufweisen, die die Probe in einer Rasterabtastung bewegen können. Die Abtastmittel können darüber hinaus oder alternativ Spiegelabtastmittel enthalten. Diese können ähnlich denen sein, die in kommerziell erhältlichen konfokalen Mikroskopen verfügbar sind. Wenn bereitgestellt, kann die Linse bewegt werden, um die Probe abzutasten. Der Strahlungsstrahl, der zum Bestrahlen der Probe dient, kann bewegt werden, um die Probe abzutasten. Dies kann durch Spiegelabtastmittel erzielt werden.
  • Alternativ kann die Mikroskopvorrichtung eine Weitfeldgestaltung besitzen. Dies beinhaltet das Bestrahlen der Probe über einen Bereich von Winkeln, was eine größere Fläche der Probe abdeckt. Informationen über mehrere Punkte der Probe können daher erhalten werden, ohne dass ein Abtastverfahren verwendet werden muss. Die Weitfeld-Mikroskopvorrichtung kann einen Diffuser aufweisen, der zum Ablenken der Strahlung verwendet werden kann, mit dem die Proben über einen Bereich von Winkeln bestrahlt wird. Die Weitfeld-Mikroskopvorrichtung kann Interferenzmittel enthalten, die verwendet werden können, um die Strahlung der Probe und einen Referenzstrahlungsstrahl zu kombinieren. Alternativ kann auf einen Referenzstrahl verzichtet werden, und die Vorrichtung kann Mittel zum Ändern der Interferenzbedingungen zwischen den verschiedenen Teilen der Strahlung, die auf die Probe abgestrahlt wird, umfassen. Dieses Verfahren kann auch die Verwendung eines herkömmlichen optischen Mikroskops mit einer Ölimmersions-Objektivlinse umfassen und die Probe auf entscheidende Weise anstrahlen. Die Vorrichtung kann weiterhin einen Filter umfassen, um die Eingangsverteilung in der hinteren Brennebene der Vorrichtung zu filtern. Die Vorrichtung kann einen räumlichen Lichtmodulator in der hinteren Brennebene aufweisen, um die relative Phase des nahe des normalen Lichteinfalls einfallenden Lichts zu andern, und des Lichts, das an der Anregung der Oberflächenplasmone beteiligt ist. Der SLM führt verschiedene Phasenänderungen an unterschiedlichen Strahlungsteilen ein, um den Kontrast zwischen den verschiedenen Bereichen der Probe zu optimieren. Der Phasenschritt-Algorithmus kann dann angewendet werden, um weitere quantitative Informationen zu extrahieren. Die Vorrichtung kann eine CCD-Kamera oder eine andere Kamera mit einem ausreichend dynamischen Bereich aufweisen. Damit kann die durch die Oberflächenplasmone erzeugte Strahlung erfasst werden.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann Mittel zum Bewegen der Probe aufweisen, um die Position der Probe außerhalb der Brennebene der Mikroskopvorrichtung zu variieren, d. h., um den Defokus z der Probe zu variieren. Das wird als Defokussierung der Probe bezeichnet. Die Mittel zum Bewegen der Probe können die Position der Probe außerhalb der Brennebene der Linse der Mikroskopvorrichtung variieren. Die Mikroskopvorrichtung kann Mittel zum Messen der Position der Probe außerhalb der Brennebene aufweisen, d. h. den Defokus z.
  • Die Mikroskopvorrichtung kann einen Polarisator aufweisen oder damit verbunden sein. Der Polarisator führt vorzugsweise zu einer Strahlung, mit der die Probe bestrahlt wird, die zumindest in der Ebene der Probenoberfläche im Wesentlichen p-polarisiert und normal zu dieser Richtung im Wesentlichen s-polarisiert ist. Die Mikroskopvorrichtung kann Mittel zum Steuern der Bereiche der einfallenden Azimutwinkel der Strahlung enthalten, mit der die Probe bestrahlt wird, verwenden, so dass die einfallende s-polarisierte Strahlung verringert wird.
  • Wenn die erfasste Strahlung eine Strahlung aufweist, die von der Probenoberfläche abgestrahlt wird, die eine oder mehrere angeregte Oberflächenplasmone darin aufweist, und die Strahlung von der Beispieloberfläche, die keine angeregten Oberflächenplasmone darin hat, kann die Mikroskopvorrichtung mit einem Interferometer ausgestattet sein oder als solches gestaltet sein, um die Interferenz dieser Strahlungen zu erhalten, unter der Voraussetzung, dass sie zueinander kohärent sind.
  • Die Analysemittel der Mikroskopvorrichtung können das Signal analysieren, das durch die Interferenz dieser Strahlungen erzeugt wird, um Informationen über die Probe zu erhalten. Die Analysemittel können die Größe des durch die Interferenz dieser Strahlungen erzeugten Signals analysieren. Die Analysemittel können die Schwingung der Größe des Signals analysieren, das durch die Interferenz dieser Strahlungen erzeugt wird, wobei Änderungen in der Phasendifferenz zwischen ihnen durch die Defokussierung der Probe verursacht werden.
  • Wenn das Signal, das durch die Kombination der Strahlung erzeugt wird, die von der Probenoberfläche abgestrahlt wird, die ein oder mehre angeregte Oberflächenplasmone darin aufweist, und die Strahlung, die von der Probenoberfläche abgestrahlt wurde, die keine angeregten Oberflächenplasmone darin aufweist, zu einem Referenzstrahlungsstrahl zusammengefasst werden soll, kann die Mikroskopievorrichtung eine Referenzstrahlungsquelle aufweisen oder damit verbunden sein. Die Mikroskopvorrichtung kann eine einzelne Strahlungsquelle umfassen, die einen Strahlungsstrahl zum Bestrahlen der Probe und den Referenzsstrahlungsstrahl erzeugen kann. Diese Strahlungen können zum Beispiel mit einem Strahl-Splitter erzeugt werden. Die Mikroskopvorrichtung kann mit einem Interferometer ausgebildet oder als solches gestaltet sein, um eine Interferenz des Signals und des Referenzstrahls der Strahlung zu erhalten.
  • Die Analysemittel der Mikroskopvorrichtung können das Gesamtsignal analysieren, das durch die Interferenz des obigen Signals und des Referenzstrahlungsstrahls erzeugt wurde, um Informationen über die Probe zu erhalten. Die Analysemittel können die Größe des Gesamtsignals analysieren. Die Analysemittel können die Schwingung der Größe des Gesamtsignals analysieren, mit Änderungen in der Phasendifferenz zwischen ihnen, die durch Defokussierung der Probe verursacht werden.
  • Wenn ein Referenzstrahlungsstrahl verwendet wird, kann die Mikroskopvorrichtung einen Bestrahlungsarm einer ersten Probe und einen Bestrahlungsarm einer zweiten Probe aufweisen. Eine Ölimmersions-Objektivlinse kann im ersten Arm der Vorrichtung ausgebildet sein. Eine Bragg-Zelle kann in jedem Arm verwendet werden, um die Frequenzverschiebung der Strahlung, die dadurch durchgeleitet wird, zu beeinflussen.
  • Wenn die erfasste Strahlung eine fluoreszierende Strahlung von der Probe enthält, kann die Mikroskopvorrichtung einen Detektor umfassen, der eine oder mehrere Eigenschaften dieser Strahlung erfasst. Der Detektor kann die Anzahl und/oder das Energiespektrum der fluoreszierenden Photone erfassen. Ein Teil des zum Bestrahlen der Probe verwendeten Strahlungsstrahls kann von der Probenoberfläche reflektiert werden. Die fluoreszierende Strahlung der Probe kann schwächer sein als diese reflektierte Strahlung. Die Mikroskopvorrichtung kann Blockiermittel umfassen, um zumindest teilweise die von der Probe reflektierte Strahlung zu blockieren. Das Blockiermittel kann einen Interferenzfilter enthalten.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sind im Folgenden nur in beispielhafter Weise mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 ein Schemadiagramm des Strahlungsstrahls zeigt, der durch eine Ölimmersionslinse übertragen wird und auf eine defokussierte Probe einfallt;
  • 2 ein Schemadiagramm einer ersten Ausführungsform der Mikroskopvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung zeigt;
  • 3 den gemessenen Schwingungsmodul der Größe des Gesamtsignals mit einer Variation des Defokus z einer ersten Probe (Linie 1) und einer zweiten Probe (Linie 2) zeigt:
  • 4 Aufnahmen zeigt, die durch das mechanische Abtasten einer Probe mit
    • (a) der erhaltenen Aufnahme einer Probe mit einem Defokus z von im Wesentlichen 0 μm zeigt;
    • (b) der erhaltenen Aufnahme einer Probe mit einem Defokus z von –1,5 μm zeigt; und
    • (c) der erhaltenen Aufnahme einer Probe mit einem Defokus z von –1,85 μm zeigt; und
  • 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 1 zeigt die Situation, wenn ein Strahlungsstrahl über eine Ölimmersionslinse übertragen wird und eine Probe bestrahlt, die außerhalb der Brennebene der Linse angeordnet ist. Die Probe weist ein metallbeschichtetes Deckglas auf. Wenn die Probe sich oberhalb der Brennebene befindet, wie gezeigt, fällt ein Bestrahlungskreis auf die Probenoberfläche ein, und wenn Oberflächenplasmone durch die auf die Probe in bestimmten Winkelbereichen einfallende Bestrahlung weitergeleitet werden, regt nur ein Ring des Bestrahlungskreises die Oberflächenplasmone an. Diese werden entlang der Beispieloberfläche angeregt, wie durch Linie 1 dargestellt, und kommen in der Mitte des Rings zu einem Fokus. Reziprokizitätsüberlegungen besagen, dass Energie fortlaufend in die Ölimmersionslinse zurück entweicht, wenn die SPs sich ausbreiten, so dass die Oberflächenplasmon-Strahlung durch die Linse entlang dem Pfad B zurückfließt und diese Strahlung erfasst wird. Wenn der Defokus z der Probe variiert wird, verändert sich die Phasendifferenz zwischen der Strahlung, die sich entlang der Pfade A und B bewegt. Die Kombination der Strahlung aus den Pfaden A und B miteinander und mit einem gemeinsamen Referenzstrahl führt zu einem Gesamtinterferenzsignal, dessen Größe (V(z)) oszilliert, wenn die Phase zwischen den Pfaden A und B sich ändert. Die Periodizität dieses Interferenzsignals ist gleich der Änderung im Defokus, der für die relative Phase zwischen den beiden Pfaden erforderlich ist, um sich um 2π Bogenmaß zu verändern. Die Periodizität Δz der Schwingungen im V(z)-Signal kann einfach gezeigt werden als gleich:
    Figure 00210001
    wobei λ die Wellenlänge des Strahlungsstrahls in Vakuum ist, n der Brechungsindex des Öls in der Ölimmersionslinse (als gleich zu dem des Deckglases angenommen), θp der Einfallswinkel der Strahlung ist, mit der die Probe bestrahlt wird, die die Oberflächenplasmonen anregt. Dies verändert sich, wenn ein dielektrisches Element auf der Metallbeschichtung aufgetragen wird.
  • 2 zeigt ein Schemadiagramm einer Ausführungsform einer Mikroskopvorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Dies umfasst eine Abtast- Überlagerungsinterferometer-Mikroskopvorrichtung. Die Vorrichtung enthält eine 633 nm HeNe-Laser-Bestrahlungsquelle 1 und einen Polarisator 1'. Eine Strahlungsquelle 2 des Lasers 1 fällt auf einem Strahl-Splitter 3 ein, wobei er in einen ersten Strahlungsstrahl 4 aufgeteilt wird, der entlang eines Beispielstrahlungsarms 5 der Vorrichtung fließt und einem zweiten Strahlungsstrahl 6, der entlang eines Referenzstrahls 7 der Vorrichtung fließt. Der Beispielbestrahlungsarm umfasst eine erste Bragg-Zelle 8, einen Strahl-Expander 9 und eine Ölimmersions-Objektivlinse 10, die an einer Probe 11 anliegt. Diese Linse ist eine Zeiss CP-Achromat 100x/1.25oil Ölimmersions-Objektivlinse mit einer numerischen Apertur (NA) von 1,25. Der Brechungsindex des Öls ist 1,52. Die Probe wird in einer Probenhalterung (nicht dargestellt) gehalten, befestigt am Probenbewegungsmittel (nicht dargestellt), das zum Bewegen der Probe in verschiedenen Positionen außerhalb der Brennebene der Linse 10 dient, d. h. dazu dient, den Defokus z der Probe zu variieren. Der Referenzstrahlungsarm 7 umfasst eine zweite Bragg-Zelle 12 und einen Spiegel 13.
  • Der Strahlungsstrahl 4 geht dann die Bragg-Zell 8, den Strahlen-Expander 9 und die Linse 10 durch und fallt auf die Probe 11 ein. Der Strahlungsstrahl enthält eine Mischung aus p-polarisierter und s-polarisierter Strahlung. Wenn die Strahlung linear in der hinteren Brennebene der Vorrichtung polarisiert wird, dann bestehen gleiche Durchschnittsintensitäten von p und s der polarisierten Strahlung, die mit dem Azimutwinkel des Strahls der einfallenden Strahlung variiert. Die Variation der Eingangspolarisation und der räumlichen Verteilung in der hinteren Brennebene ermöglicht das Gleichgewicht zwischen den beiden Polarisationszuständen zu steuern.
  • Der Ring der auf die Probenoberfläche einfallenden Strahlung, die Oberflächenplasmone erzeugt, fällt in etwa 45 Grad zur Normalen ein, wenn die Probe mit Luft hinterlegt ist. Diese breiten sich entlang der Beispieloberfläche aus und kommen in der Mitte der Linse 10 zum Fokus. Die Strahlung 14 wird von der Probenoberfläche abgestrahlt, die darin angeregte Oberflächenplasmone hat, und Strahlung wird von der Probenoberfläche abgestrahlt, die keine Oberflächenplasmone darin angeregt hat.
  • Der zweite Strahlungsstrahl 6 verläuft entlang des Referenzstrahlungsarms 7 und geht durch die zweite Bragg-Zelle 12 hindurch und fällt auf den Spiegel 13 ein. Ein Strahlungsstrahl 16 wird vom Spiegel 13 reflektiert, und läuft zurück entlang des Referenzstrahlungsarms durch die Bragg-Zelle 12 und fallt auf den Strahl-Splitter 3 ein. Der Strahlungsstrahl 16 dient als Referenzstrahlungsstrahl.
  • Die Bragg-Zelle 8 führt eine Frequenzverschiebung von 80 MHz ± 1 kHz in dem Signal ein, das durch die Interferenz der Strahlungen 14 und 15 erzeugt wird, und die Bragg-Zelle 13 führt eine Frequenzverschiebung von 80 MHz im Strahlungsstrahl 16 ein. Die Verwendung der beiden Bragg-Zellen verringert die Effekte von Störreflexionen darin.
  • Die Strahlungen 14 und 15 und der Referenzstrahl der Strahlung 16 werden in einem Strahl-Splitter 3 kombiniert, der als Interferometer dient. Dies erzeugt ein Gesamtsignal, das auf Grund der Frequenzverschiebung der Bragg-Zellen an einer Differenzfrequenz von 1 kHz erfasst werden kann. Das Gesamtsignal wird an einen Detektor 17 übergeben, der die Amplitude und Phase des Gesamtsignals erfasst. Das Signals von dem Detektor 17 wird an einen Lock-in-Verstärker 18 übergeben, der das Signal filtert und verstärkt. Das Signal vom Verstärker 18 wird an Analysemittel übergeben, die einen PC 19 umfassen. Die Analyse der Gesamtsignale liefert Informationen über die Probe 11.
  • 3 zeigt den gemessenen Schwingungsmodul der Größe des Gesamtsignals mit Variation des Defokus z von zwei Proben. Man beachte, dass der negative Defokus angibt, dass die Probe in Richtung der Brennebene der Objektivlinse 10 bewegt wird. Die Linie 1 wurde aus einer ersten Probe erhalten, die ein Deckglas aufweist, das eine etwa 1 nm dicke Schicht aus Chrom überzogen mit einer Goldschicht von 50 nm umfasst, und eine Linie 2 wurde von der zweiten Probe erhalten, die ein Deckglas aufweist, das eine etwa 1 nm dicke Schicht aus Chrom überzogen mit einer Goldschicht von 50 nm und einer etwa 20 nm dicken Siliziumdioxid auf der Goldschicht aufweist. Das Glas der Deckgläser wurde so gewählt, dass der Brechungsindex fast identisch mit dem Brechungsindex des Öls der Linse 10 ist.
  • Das Ergebnis zeigt ein charakteristisches Wellenmuster, das von der Anregung der Oberflächenplasmone herrührt. Die Periodizität der Wellen von Linie 1 ist 761 nm, was sehr nahe am Wert 758 nm liegt, der aus der obigen Gleichung (1) abgeleitet wird. Die Periodizität der Linie 2 ist 676 nm, auch wieder nahe am Wert von 672 nm, der aus der Gleichung (1) abgeleitet wird. Aus den Linien 1 und 2 ist ersichtlich, dass wenn die Proben an der Brennebene der Linse 10 angeordnet sind, sehr wenig Kontrast zwischen den Proben zu erwartet ist. Wenn aber die Proben in Richtung der Objektivlinse 10 bewegt werden, erscheint die erste Probe hell im Vergleich zur zweiten Probe, man vergleiche hierzu den Defokus A in 3. Für größere Defokuswerte ist der Kontrast umgekehrt, zum Beispiel für den Defokus B.
  • Die Serie der Aufnahmen von 4 wurden durch mechanisches Abtasten einer Probe erhalten, die ein Deckglas mit einer ca. 1 nm dicken Chromschicht überzogen mit einer etwa 50 nm dicken Goldschicht und einer etwa 20 nm dicken Siliziumdioxidschicht auf dem Gold umfasst, die weggeätzt wurden, so dass 2 μm breite rine Goldstreifen gefolgt von 6 μm breiten Streifen aus dielektrisch beschichtetem Gold übrig bleiben. Die in 4a, 4b und 4c dargestellten Beispiele wurden durch Abtasten der Objektlinse 10 über die Probe erhalten. 4a wurde erhalten, indem die Probe nahe der Brennebene der Linse 10 war, und zeigt einen kaum unterscheidbaren Kontrast zwischen den verschiedenen Streifen, wie erwartet. 4b wurde an einem Defokus z der Probe von –1,5 μm (A in 3) erhalten und zeigt helle reingoldene Streifen. 4c wurde an einem Defokus z der Probe von –1,85 μm (B in 3) erhalten und zeigt dunkle rein goldene Streifen. Messungen aus den Liniespuren, die aus den Aufnahmen extrahiert wurden, zeigen, dass der Übergang zwischen den Streifenübergangsstellen etwa 300 nm ist, was eine beugungsbegrenzte anstelle einer durch die Weiterleitungslänge der Oberflächenplasmonen begrenzte seitliche Auflösung angibt.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Weitfeldgestaltung. In der Weitfeldgestaltung wird ein Lichtstrahl aus einer Lichtquelle wie einem Laser 40 an einen Glas-Diffuser 41 mit rotierendem Boden in der Bildebene des Systems angeordnet. Das aus dem Diffuser austretende Licht wird durch eine Umwandlungslinse 42 transformiert, so dass es auf einen Raumfilter 43 trifft, der in der Fourier-Ebene des Bildgebungssystems angeordnet ist. Dadurch können die verschiedenen Komponenten des Bestrahlungsstrahls verändert werden, entweder in der Amplitude oder in der Phase relativ zueinander. Der Strahl wird durch einen Strahl-Splitter 44 geleitet und die Probe 46 wird durch ein Ölimmersionsobjektiv 45 geleitet. Die Probe 46 wird so in einem Bereich von Winkeln angestrahlt, die Winkel umfassen, die Oberflächenplasmone oder optische Oberflächenwellen anregen. Das von der Probe reflektierte Licht wird durch den Strahl-Splitter 44 zurückreflektiert, und ein räumlicher Lichtmodulator 47 (Spatial Light Modulator, SLM) wird in der Fourier-Ebene angeordnet. Dies kann die relative Amplitude und Phase des reflektieren Lichts ändern (unterschiedliche Regionen des SLM verändern das Licht in verschiedener Weise). Das daraus hervorgehende Licht wird durch eine zusätzliche Linse 48 transformiert und mit einem Lichterfassungsgerät wie einer CCD-Kamera 49 erfasst. Das Ausgangssignal wird an den PC 50 zur Verarbeitung und Anzeige übergeben. Die Beziehung der Phasen zwischen den verschiedenen Teilen des Strahls kann weiterhin gesteuert werden, indem die Fokuslage der Probe mit einer Probenpositionierungseinrichtung, wie als 51 dargestellt, verändert wird.
  • Dabei ist hervorzuheben, dass in einigen Ausführungsformen das Defokussieren der Probe sehr wichtig ist, da dadurch die Beiträge der Oberflächenplasmonen variiert werden können, und dies ermöglicht, den Kontrast für bestimmte Merkmale zu verbessern. Der Betrieb des Interferometers im Fokus verleiht den Oberflächenplasmonen wenig Kontrast. Wenn das Interferometer im Fokus verwendet wird, ist es bevorzugt, dieses mit einer ringförmigen Öffnung zu betreiben, um den Beitrag der Oberflächenwellen zu verbessern. Dies führt wahrscheinlich zu großen Nebenkeulen und zu schlechterer Bildgebungsleistung. Weiterhin ermöglicht dies nicht mehr, den Kontrast durch Variieren des Defokus "feineinzustellen". Verändert man die Trennung zwischen Probe und Objektivlinse, so wird die Reaktion sehr sensitiv für die relative Phase der Strahlen A und B (in 1). Diese macht das System robuster und ermöglicht Weiterleitungseigenschaften der Oberflächenplasmone als die Amplitude des Interferenzsignals zu kodieren (wie auch der Phase). Die führt zu einer präzisen Messung und einen Bildgebungsmodus, der nicht verfügbar ist, wenn die Probe im Fokus gehalten wird, unabhängig von der Art der Anstrahlung.

Claims (29)

  1. Verfahren zur Analyse einer Probe mit leitfähigem Material mit einer Mikroskopvorrichtung, die Schritte umfassend: (i) Bestrahlen der Probe mit einem Bestrahlungsstrahl, wobei zumindest ein Teil des Bestrahlungsstrahls auf die Probe in einem Winkel oder in Winkeln einfällt, die zur Anregung von Oberflächenplasmonen führen; (ii) Anregen der Oberflächenplasmonen über einem Ring an einer Oberfläche des leitfähigen Materials, indem die Oberfläche mit einem ringförmigen Bestrahlungsstrahl bestrahlt wird oder indem die Oberfläche des leitfähigen Materials an einer Position außerhalb der Brennebene eines fokussierten Anregungsstrahls angeordnet wird; (iii) Erfassen der Strahlung, die eine von den Oberflächenplasmonen erzeugte Strahlung beinhaltet; und (iv) Analyse der erfassten Strahlung, um Informationen über die Probe zu erhalten; wobei die Größe des Fokus der Oberflächenplasmonen und damit der Auflösung auf gleicher Ebene mit dem leitfähigen Material beugungsbegrenzt ist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Ring angeregten Oberflächenplasmonen zu einem Fokus im Wesentlichen in der Mitte des Rings kommen können.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung über den Ring verwirklicht wird, indem die Probe an einer Position angeordnet wird, die außerhalb der Brennebene der Mikroskopvorrichtung liegt.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Probe außerhalb der Brennebene der Mikroskopvorrichtung variiert wird, um den bestmöglichen Defokus zu bestimmen, an dem die Probe zur Analyse angeordnet werden sollte.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Fernfeldverfahren ist, wobei das Anregen der Oberflächenplasmonen und das Erfassen der durch die Oberflächenplasmonen erzeugten Strahlung durch das Fernfeld verwirklicht wird.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe mit einem Abtastmittel abgetastet wird, um Informationen über mehrere Punkte davon zu liefern.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Einsatz einer Mikroskopvorrichtung mit einer Weitfeldgestaltung aufweist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte umfasst: Durchleiten eines Bestrahlungsstrahls durch einen Diffuser; Verwenden des entstehenden Strahls zum Bestrahlen der Probe und eines Referenzspiegels jeweils mit einem Speckle-Muster; Bewirken, dass deren Strahlung interferiert wird; und Erfassen des Interferenzsignals.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte umfasst: Verändern der Interferenzbedingungen zwischen verschiedenen Teilen der Strahlung, die die Probe abstrahlt, und Anstrahlen der Probe; und kohärentes Hinzufügen von Strahlungen, die durch Anregen der Oberflächenplasmonen erzeugt werden.
  10. Verfahren gemäß einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe ein leitfähiges Material mit einem oder mehreren dielektrischen Materialien umfasst, die auf einer Oberfläche des leitfähigen Materials aufgetragen sind oder darauf anhaften.
  11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr der Oberflächenplasmonen in der Probe zusammen Fluoreszenz erzeugen.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Strahlung eine fluoreszierende Strahlung von der Probe umfasst.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Probe eine Metallschicht mit einem oder mehreren dielektrischen Materialien umfasst, die auf der Oberfläche aufgebracht sind oder daran anhaften, das Metall so gewählt wird, dass es zumindest für die Strahlung, die zum Bestrahlen der Probe verwendet wird, opak ist und im Wesentlichen transparent für die fluoreszierende Strahlung dieser Probe ist.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Probe ein oder mehrere Fluorophore hinzugefügt wurden, und die erfasste fluoreszierende Strahlung durch das Vorhandensein der Fluorophore beeinflusst wird und Informationen über die Probe liefert.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, weiterhin durch mindestens eines der folgenden Merkmale gekennzeichnet: (i) zumindest teilweises Blockieren der Strahlung, die von der Probe reflektiert wird; (ii) Anregen harmonischer Oberflächenplasmone; (iii) Anregen harmonischer Oberflächenplasmone und Erfassen der Strahlung, die durch die harmonischen Oberflächenplasmone erzeugt wurde; (iv) Anregen harmonischer Oberflächenplasmone und Kombination der durch die harmonischen Oberflächenplasmone erzeugten Strahlung mit einem Referenzbestrahlungsstrahl.
  16. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Strahlung Strahlung umfasst, die von der Oberseite der Probe abgestrahlt wird, die angeregte Oberflächenplasmonen enthält, und Strahlung, die von der Oberfläche der Probe abgestrahlt wird, die keine angeregten Oberflächenplasmone aufweist.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Eigenschaften der Strahlungen erfasst und analysiert werden, wobei die eine oder mehrere Eigenschaften die Phase und/oder Amplitude der Strahlung umfassen.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Oberfläche der Probe abgestrahlte Strahlung, die angeregte Oberflächenplasmonen aufweist, und die von der Oberfläche der Probe abgestrahlte Strahlung, die keine angeregten Oberflächenplasmonen aufweist, mit einem Referenzstrahl kombiniert werden, wobei die beiden miteinander interferieren können, und dass das Gesamtinterferenzsignal, das durch die Interferenz der Strahlungen und des Referenzstrahlungsstrahls generiert wird, analysiert wird, um Informationen über die Probe zu erhalten.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mikroskopvorrichtung verwendet wird, das einen ersten Probenbestrahlungsarm und einen zweiten Referenzstrahlungsarm umfasst.
  20. Mikroskopvorrichtung umfassend: (i) einen Emitter des einfallenden Strahls; (ii) eine Probenhalterung; (iii) eine Erfassungseinrichtung der von der Probe ausgehenden Strahlung, die zum Erzeugen eines Erfassungssignals ausgebildet ist; (iv) eine Signalanalysevorrichtung, die zur Analyse des erfassten Signals ausgebildet ist; wobei der Emitter des einfallenden Strahls angeordnet ist, um einen Strahlungsstrahl zu liefern, wobei zumindest ein Teil des Strahls der einfallenden Strahlung auf eine Probe in einem oder mehreren Winkeln einfallt, was zur Anregung der Oberflächenplasmone über einem Ring an einer leitfähigen Oberfläche der Probe führt, indem die Oberfläche mit einem ringförmigen Strahlungsstrahl bestrahlt wird, oder durch Anordnung der Halterung dergestalt, dass die leitfähige Oberfläche sich an einer Position außerhalb der Brennebene eines fokussierten Anregungsstrahls befindet; wobei die Strahlungserfassungseinrichtung angeordnet ist, um die Strahlung zu erfassen, die eine Strahlung enthält, die von den Oberflächenplasmonen erzeugt wurde; wobei die Signalanalysevorrichtung angeordnet ist, um die erfasste Strahlung zu analysieren, um Informationen über die Probe zu erhalten; und wobei die Fokusgröße der Oberflächenplasmone und damit die Auflösung in der gleichen Ebene wie das leitfähige Material beugungsbegrenzt ist.
  21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Fernfeldvorrichtung ist, wobei das Anregen der Oberflächenplasmone und das Erfassen der durch die Oberflächenplasmone erzeugten Strahlung durch das Fernfeld verwirklicht wird.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle einen Laser umfasst, der aus der folgenden Gruppe stammt: (i) CW-Laser (Continuous Wave-Laser), (ii) gepulster Laser.
  23. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Flüssigkeits-Immersionsobjektivlinse umfasst, durch die die Probe durch den Strahlungsstrahl bestrahlt wird.
  24. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Abtastmittel umfasst, die den Erhalt von Informationen über mehrere Punkte der abzutastenden Probe ermöglichen.
  25. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Weitfeldgestaltung aufweist, die das Bestrahlen der Probe über einen Winkelbereich umfasst, der eine erweiterte Probenfläche abdeckt, und das Erhalten von Informationen über mehrere Punkte der Probe, ohne dass Abtasttechnik eingesetzt werden muss.
  26. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Weitfeld-Mikroskopvorrichtung einen Diffuser umfasst, der zum Ablenken der Strahlung verwendet wird, die zum Bestrahlen der Probe über einen Winkelbereich verwendet wird.
  27. Vorrichtung gemäß Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Weitfeld-Mikroskopvorrichtung Interferenzmittel umfasst, das zur Kombination der Strahlung der Probe mit einem Referenzstrahlungsstrahl verwendet wird.
  28. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Weitfeld-Mikroskopvorrichtung Mittel umfasst, um die Interferenzbedingungen zwischen verschiedenen Teilen der Strahlung, die die Probe abstrahlt, zu ändern.
  29. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Bewegen der Probe umfasst, um die Position der Probe außerhalb der Brennebene der Mikroskopvorrichtung zu variieren.
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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7365858B2 (en) * 2001-12-18 2008-04-29 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods for phase measurements
US7557929B2 (en) 2001-12-18 2009-07-07 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods for phase measurements
US7872804B2 (en) 2002-08-20 2011-01-18 Illumina, Inc. Encoded particle having a grating with variations in the refractive index
US7923260B2 (en) 2002-08-20 2011-04-12 Illumina, Inc. Method of reading encoded particles
US7508608B2 (en) 2004-11-17 2009-03-24 Illumina, Inc. Lithographically fabricated holographic optical identification element
US7901630B2 (en) 2002-08-20 2011-03-08 Illumina, Inc. Diffraction grating-based encoded microparticle assay stick
US7164533B2 (en) 2003-01-22 2007-01-16 Cyvera Corporation Hybrid random bead/chip based microarray
US7900836B2 (en) 2002-08-20 2011-03-08 Illumina, Inc. Optical reader system for substrates having an optically readable code
US7092160B2 (en) 2002-09-12 2006-08-15 Illumina, Inc. Method of manufacturing of diffraction grating-based optical identification element
US20100255603A9 (en) * 2002-09-12 2010-10-07 Putnam Martin A Method and apparatus for aligning microbeads in order to interrogate the same
US7433123B2 (en) * 2004-02-19 2008-10-07 Illumina, Inc. Optical identification element having non-waveguide photosensitive substrate with diffraction grating therein
WO2006020363A2 (en) 2004-07-21 2006-02-23 Illumina, Inc. Method and apparatus for drug product tracking using encoded optical identification elements
AU2005307746B2 (en) 2004-11-16 2011-05-12 Illumina, Inc. And methods and apparatus for reading coded microbeads
WO2006055735A2 (en) * 2004-11-16 2006-05-26 Illumina, Inc Scanner having spatial light modulator
US7333205B2 (en) * 2005-03-31 2008-02-19 U Chicago Argonne Llc Broadband surface plasmon jets: direct observation of plasmon propagation for application to sensors and optical communications in microscale and nanoscale circuitry
US7830575B2 (en) 2006-04-10 2010-11-09 Illumina, Inc. Optical scanner with improved scan time
US8736847B2 (en) 2010-07-24 2014-05-27 Focused Innovation, Inc. Method and apparatus for imaging
US8265375B2 (en) 2006-06-16 2012-09-11 Shirley Lyle G Method and apparatus for remote sensing of objects utilizing radiation speckle
FR2924805B1 (fr) * 2007-12-11 2011-05-06 Ecole Norm Superieure Lyon Microscope a plasmon de surface a haute resolution avec interferometre heterodyne en polarisation radiale.
EP2101168A1 (de) * 2008-03-12 2009-09-16 Ecole Normale Superieure De Lyon Verbesserte nicht lineare Mikroskopie mit Oberflächen-Plasmonresonanz
US8810800B2 (en) * 2008-03-22 2014-08-19 Lyle G. Shirley Dimensional probe and methods of use
US8662962B2 (en) * 2008-06-30 2014-03-04 3M Innovative Properties Company Sandpaper with non-slip coating layer and method of using
FR2942049B1 (fr) * 2009-02-12 2011-04-01 Ecole Norm Superieure Lyon Microscope de plasmon de surface a haute resolution comportant un interferometre heterodyne fibre
US8749882B2 (en) * 2009-03-26 2014-06-10 University Of Vermont And State Agriculture College Low numerical aperture exclusion imaging
KR101245544B1 (ko) * 2010-11-29 2013-03-21 한국전기연구원 표면 플라즈몬 현상에 의한 광간섭 변화 특성을 이용한 바이오 센싱 장치
CN103842799B (zh) * 2011-09-30 2017-09-08 通用电气公司 用于样本阵列的自参考检测与成像的系统和方法
GB201216645D0 (en) 2012-09-18 2012-10-31 Univ Nottingham Surface plasmon microscopy
JP6188521B2 (ja) * 2013-10-02 2017-08-30 株式会社日立エルジーデータストレージ 光計測装置
DK3239689T3 (da) * 2016-04-26 2022-01-10 Atten2 Advanced Monitoring Tech S L Fluidovervågningssystem
EP3538941A4 (de) 2016-11-10 2020-06-17 The Trustees of Columbia University in the City of New York Schnelles hochauflösendes bildgebungsverfahren für grosse proben

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3909144A1 (de) * 1989-03-21 1990-09-27 Basf Ag Verfahren zur bestimmung von brechungsindex und schichtdicke duenner schichten
DE3914631A1 (de) * 1989-05-03 1990-11-08 Basf Ag Verfahren zur untersuchung der physikalischen eigenschaften duenner schichten
DE4310025A1 (de) * 1993-03-27 1994-09-29 Boehringer Mannheim Gmbh Vorrichtung zur lateral aufgelösten Untersuchung einer lateral heterogenen ultradünnen Objektschicht
JP2000055805A (ja) 1998-06-01 2000-02-25 Toto Ltd センサ装置
US6594011B1 (en) * 2000-07-11 2003-07-15 Maven Technologies, Llc Imaging apparatus and method

Also Published As

Publication number Publication date
DE60133383D1 (de) 2008-05-08
US7142308B2 (en) 2006-11-28
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EP1287337B1 (de) 2008-03-26
EP1287337A1 (de) 2003-03-05
WO2001092858A1 (en) 2001-12-06
GB0013139D0 (en) 2000-07-19
US20040100636A1 (en) 2004-05-27
ATE390627T1 (de) 2008-04-15

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