[发明专利]具有保护元件的半潜式显微镜物镜和物镜在多光子成像方法中的用途

说明书

技术领域

广义地，本发明涉及显微镜物镜及其在多光子成像方法中的用途。

背景技术

在显微镜中，物镜(有时在本领域也称为物镜镜头)是一种光学 元件，该元件聚集来自所观察物体的光，并且聚焦光线以生成实像。 例如，显微镜的物镜镜头是底部离样品近的镜头。简单来说，显微镜 物镜是一种焦距非常短的高倍率放大镜。这样非常接近所检查的样本， 以便来自样品的光在显微镜筒内聚焦。显微镜物镜本身通常大体上是 圆柱体或管状的，并且包含一个或多个镜头，所述镜头通常由玻璃制 成，嵌入保护筒中。显微镜物镜一般具有光学入口和光学出口，该光 学入口和光学出口通常沿其纵向轴线的相对的两端对中。光学入口和 光学出口通过在它们之间延伸并穿过显微镜物镜的光路相连。

显微镜物镜通常通过两个参数来表征：放大倍率和数值孔径。分 别地，前者通常在4x-100x的范围内，而后者在约0.1至1.4的范围内， 焦距为约30毫米至约200微米。类似地，数值孔径在约0.1至1.4范 围内的显微镜物镜通常具有相应的从几毫米至约210微米的工作距离 (即显微镜物镜与发生成像的焦点之间的距离)。类似地，对于高放 大倍率应用，通常必需使用油浸物镜或水浸物镜。这类物镜具体设计 用于通过折射率匹配油或折射率匹配水填充前镜头与物体之间的气 隙，使数值孔径超过1，从而在高放大倍率时产生更高分辨率。通过油 浸法可实现高达1.5或甚至更高的数值孔径。数值孔径(NA)高且质量好 的显微镜物镜通常相当昂贵。

显微镜物镜也用于在称为“多光子立体光刻”的工艺中聚焦激光。 在该工艺中，激光(通常为红外激光)在常常称作“光刻胶”的通常 支撑在基片上的可聚合组合物内聚焦。光刻胶包含多光子吸收化合物， 并且激光功率足够高以至于两个(或通常更少，多于两个)光子基本 上同时被多光子吸收化合物吸收，导致光刻胶随后发生聚合。

为了改善分辨率，一种传统方法为将物镜镜头部分潜入液体光刻 胶中，以消除空气界面/物镜镜头界面。然而，多光子立体光刻中的局 部化激光功率可能相当大，并且存在以下可能：聚合光刻胶材料随时 间推移积聚在显微镜物镜上而难以从光学表面去除。如果发生这类情 况，则存在以下可能：昂贵的显微镜物镜将变得无法使用。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种半潜式显微镜物镜，包括：

显微镜物镜，该显微镜物镜具有保护筒，该保护筒具有光学入口 和光学出口；

保护元件，该保护元件附连到显微镜物镜，密封光学出口而不是 光学入口，其中保护元件的透明部分与光学出口对齐，并且其中保护 元件能够与显微镜物镜分离而不会损坏显微镜物镜。

在另一方面，本发明提供了一种多光子成像方法，包括：

将半潜式显微镜物镜浸入液体光刻胶中，该液体光刻胶包含多光 子吸收体和可聚合化合物，其中半潜式显微镜物镜包括：

显微镜物镜，该显微镜物镜具有保护筒，该保护筒具有光学入口 和光学出口；

保护元件，该保护元件附连到显微镜物镜，密封光学出口而不是 光学入口，其中保护元件的透明部分与光学出口对齐，并且其中保护 元件能够与显微镜物镜分离而大体上不会损坏显微镜物镜；

在使得发生多光子吸收体进行多光子吸收并且发生可聚合化合物 至少部分聚合的情况下，以成像方式引导激光穿过半潜式显微镜物镜 并且进入液体光刻胶中，从而形成曝光的光刻胶；以及

显影该曝光的光刻胶。

有利地，在多光子成像工艺期间，以及甚至在可聚合化合物将发 生聚合并且致使残留物积聚在显微镜物镜上的情况下，可将根据本发 明的半潜式物镜镜头组合件部分潜入液体光刻胶中，可使用相对温和 化学处理和/或简单的机械脱离将其从曝光(和聚合的)光刻胶上清除。

如本文所用：

“光”意指波长在约300nm至约1500nm范围内的电磁辐射；

“流体”是指在一个大气压力下以及20℃-25℃(含端值)范围内 至少一种温度下处于流体状态的化合物。

“多光子吸收”意指同时吸收两种或更多种光的光子以达到光反 应性电子激发态，通过吸收相同能量的单个光子在能量上无法达到这 种激发态；

“多光子吸收体”意指能够进行光的多光子吸收的物质；