用于观察样本的对比度增强支撑体及其制造方法和使用技术

本发明专利技术涉及一种用于观察样本的对比度增强支撑体(SAC)，其特征在于，其包括透明衬底(MI、SS)，所述透明衬底承载至少一个吸收性层(CA)，所述吸收性层的复折射率N1＝n1‑jk1和厚度被选择为，使得所述层在受到通过所述衬底的光照波长为l的垂直入射的光照时充当防反射层，所述层的与所述衬底相对的面接触透明的环境介质(ME)，所述环境介质的折射率n3小于所述衬底的折射率n0。本发明专利技术还涉及用于制造这样的对比度增强支撑体的方法。本发明专利技术进一步涉及使用这样的对比度增强支撑体来观察样本，或者来检测或分析至少一种化学或生物物质的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于观察样本的对比度增强支撑体，以及用于制造这样的支撑体的方法。本专利技术还涉及用于观察样本的方法以及用于检测或分析应用这样的支撑体的化学或生物物质的方法。本专利技术能够应用于各种
，例如生物学(检测生物分子或微生物、观察细胞培养)、纳米技术(检视纳米物体，例如纳米管)、微电子学、材料科学等。
技术介绍
使用防反射层(或“λ/4”层)来增加通过反射光学显微镜观察到的物体的光学对比度是一种已为人所知多年的非常强大的技术；特别地，其使得Langmuir和Blodgett在1937年首次观察到了分子行走(marches moléculaires)，而最近，其还使得Novoselov等检视到了石墨烯层。令I为由设置在支撑体上的待观察的物体所反射的发光强度(l’intensité lumineuse)，并且令Is为由支撑体自身反射的发光强度；则，对该样本的观察的对比度等于C＝(I-Is)/(I+Is)。可以理解，在Is＝0时(也即，当支撑体反射率为零时)，或者当受支撑的物体反射率为零时，该对比度的绝度值取其最大值(等于1)。在最简单的情况中，通过使用透明基底充当支撑体，在透明基底上沉积同样透明的薄层，恰当地选择薄层的厚度和折射率(l'indice de réfraction)，而使得条件Is＝0得到满足。对于单个的防反射层，受到具有透明且半无限(semi-infinis)的入射介质(光照源自于该入射介质)以及透明且半无限的出射介质(基底)的垂直入射的光照的情况而言，得到了下列条件： n 1 2 = n 0 n 3 - - - ( 1 a ) ]]>n1e1＝λ/4 (1b)其中，n1是该层的折射率(实)，n0和n3是入射和出射介质的折
射率(也为实)，e1是该层的厚度，而λ是光照波长。对于给定的入射和出射介质，等式(1a)以一一对应的方式确定防反射层的折射率。然而，该折射率可能会并不对应于常用的材料，或者并不对应于满足与所考虑的特定应用相关的各类约束条件的材料。例如，对于空气-玻璃界面(对这种情况的实际兴趣是显然的)，我们得到n1≈1.27，从而需要使用复合材料，例如气凝胶。本专利技术旨在克服现有技术的该缺陷。为实现该目的，本专利技术提出，使用展现出复折射率的吸收性防反射层。与折射率虚部的存在相关联的额外的自由度能够减少折射率的实部的值所受到的约束。另外，虽然修改材料的折射率的实部是困难的，但是，修改其虚部是相对简单的(例如，通过引入吸收性或漫射(diffusantes)杂质，漫射“效仿”了吸收)。应当注意——对于常规的“λ/4”层——对比度的增加是源自于涉及在入射介质/层界面以及层/出射介质界面的多重反射的干涉效应。现在，在该层内部的光的吸收趋于消除在这些多重反射之间的干涉。从而，这种“吸收性防反射层”的概念初看起来与直观相悖。S.G.Moiseev和S.V.Vinogradov的论文“Design of Antireflection Composite Coating Based on Metal Nanoparticle”,Physics of Wave Phenomena,2011,Vol.10,No.1,第47–51页研究了沉积在透明基底上的弱吸收性薄膜为了在垂直入射下(光照穿过空气执行)抵消在空气-基底界面处的反射而必须满足的条件。该文献还描述了由包含金属纳米粒子的复合材料制备的近似满足这些条件的吸收性薄层。该层减少了在空气-基底界面处的反射，但是不会将其完全抵消。此外，通过对限于具有非常弱的吸收性的材料进行的分析研究，该层的工作方式已经得到了展示，但是该结果难以一般化。另外，这样的涂层并不旨在实现对比度增强支撑体。下列论文：-M.A.Kats等人“Nanometre optical coatings based on strong interference effects in highly absorbing media”,Nature Materials,Vol.12,January 2013,第20–24页；以及-R.M.A.Azzam等人“Antireflection of an absorbing substrate by
an absorbing thin film at normal incidence”,Applied Optics,Vol.26,No.4,第719–722页(1987)公开了沉积在吸收性基底上的同样为吸收性的防反射层。同样地，描述仅是对特定的情况进行，这些情况难以一般化。此外，在M.A.Kats等人的论文的情形中，仅部分地消除了反射。文献US 5,216,542公开了一种用于玻璃基底的防反射涂层，该防反射图层包括在基底的(旨在接受光照的)正面的、包括透明层和TiNx的吸收性层的多层结构，以及在所述基底的背面的、单个的TiNx的吸收性层，然而，该单个的TiNx的吸收性层的厚度并不具有能确保零反射率的性质，而只是确保低反射率。这样的涂层并不旨在实现对比度增强支撑体。根据本专利技术，包括吸收性防反射层的对比度增强支撑体的尺寸设定为用在“倒置”或“背面”配置(也即通过折射率大于出射介质(或“环境介质”)的折射率的衬底进行光照和观察)中。该配置尤其适用于衬底形成观察窗口，而吸收性防反射层被放置为与含水介质接触(化学或生物应用)、或者吸收性防反射层维持在真空壳体或受控气氛中(例如沉积方法的应用)的情况。这与上述S.G.Moiseev和S.V.Vinogradov的论文所描述的相反。此外，本专利技术能够实现对于几乎任何透明环境介质都适用(而不是仅适用于空气)的支撑体。另外，如下文所述的吸收性防反射层还适合于除了对比度增强之外的应用——实际上，其适合于任何在存在来自透明衬底的光照时，希望消除或减弱光在所述衬底与折射率较小的环境介质之间的反射的情况。
技术实现思路
本专利技术的一个主题因此为，一种用于观察样本的对比度增强支撑体，其特征在于，其包括透明衬底，所述透明衬底承载至少一个吸收性层，所述吸收性层的复折射率N1＝n1-jk1和厚度被选择为使得所述层在受到通过所述衬底的光照波长为λ的垂直入射的光照时充当防反射层，所述层的与所述衬底相对的面接触透明的介质(所谓的环境介质)，所述环境介质的折射率n3小于所述衬底的折射率n0。优选地，所述层
不由氮化钛(TiNx)制备。根据这样的对比度增强支撑体的具体实施方案：-在所述光照波长λ，所述衬底的折射率n0、所述层的复折射率N1＝n1-jk1的实部和虚部以及所述层的厚度e1能够满足下列条件：a)b)以及c)k1≥0.001并且优选地，k1≥0.01，更加优选地，k1≥0.1其中：---以及-对于n1和k1，容差小于或等于5％，优选小于或等于0.3％；而对于e1，容差小于或等于30％，优选小于或等于5％。-更具体而言，在所述容差下，对于所述光照波长λ，所述衬底的折射率n0、所述层的复折射率N1＝n1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于观察样本的对比度增强支撑体(SAC)，其特征在于，其包括透明衬底(MI、SS)，所述透明衬底承载至少一个吸收性层(CA)，所述吸收性层的复折射率N1＝n1‑jk1和厚度被选择为，使得所述层在受到通过所述衬底的光照波长为λ的垂直入射光照时充当防反射层，所述层的与所述衬底相对的面接触透明的所谓环境介质(ME)，所述环境介质的折射率n3小于所述衬底的折射率n0。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.18 FR 13601921.一种用于观察样本的对比度增强支撑体(SAC)，其特征在于，其包括透明衬底(MI、SS)，所述透明衬底承载至少一个吸收性层(CA)，所述吸收性层的复折射率N1＝n1-jk1和厚度被选择为，使得所述层在受到通过所述衬底的光照波长为λ的垂直入射光照时充当防反射层，所述层的与所述衬底相对的面接触透明的所谓环境介质(ME)，所述环境介质的折射率n3小于所述衬底的折射率n0。2.根据权利要求1所述的对比度增强支撑体，其中，在所述光照波长λ，所述衬底的折射率n0、所述层的复折射率N1＝n1-jk1的实部和虚部以及所述层的厚度e1满足下列条件：d)e)以及f)k1≥0.001，并且优选地，k1≥0.01，更加优选地，k1≥0.1其中：---以及-对于n1和k1，容差小于或等于5％，优选小于或等于0.3％；而对于e1，容差小于或等于30％，优选小于或等于5％。3.根据权利要求2所述的对比度增强支撑体，其中，在所述容差下，对于所述光照波长λ，所述衬底的折射率n0、所述层的复折射率N1＝n1-jk1以及所述层的厚度e1进一步满足下列条件：d')e')以及f')k1≥0.15其中：---以及-4.根据在前权利要求中的任一项所述的对比度增强支撑体，其中，所述衬底由玻璃制备。5.根据权利要求4所述的对比度增强支撑体，其中，n0/n3的比被选择为在1.1与1.3之间。6.根据权利要求4所述的对比度增强支撑体，其中，n0/n3的比被选择为在1.45与1.7之间。7.根据在前权利要求中的任一项所述的对比度增强支撑体，其中，所述吸收性层选自：-注入到所述衬底中的杂质层；-金属层；-半导体层；-金属/半导体复合合金；-磁性吸收性层；-金属纳米粒子层；-非金属导电层；-漫射层；-包含颜料或染料的聚合物或光阻层；-包含色心的矿物介电层；-包括纳米粒子在其中分散的连续相的复合混合层；以及-石墨烯层或功能化石墨烯层。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的对比度增强支撑体，其中，所述吸收性层包括至少一个功能化层，所述功能化层能够固定至少一种化学或生物物质。9.根据权利要求1至6中的任一项所述的对比度增强支撑体，其中，所述衬底显示出功能化表面(CF)，所述功能化表面能够固定至少一种化学或生物物质(ECI、ECC、ECD)，所述吸收性层由被所述功能化表面固定的所述至少一种化学或生物物质形成。10.根据在前权利要求中的任一项所述的对比度增强支撑体，其中，所述吸收性层显示出的透射比大于或等于80％，优选大于或等于90％。11.一种用于制造对比度增强支撑体的方法，所述对比度增强支撑体包括透明衬底(MI、S)，所述透明衬底承载至少一个吸收性层(CA)，所述方法包括用于所述支撑体的设计步骤以及由此设计出的支撑体的硬件制造步骤，其特征在于，所述设计步骤包括下列步骤：i)选择光照波长λ；ii)选择构成所述衬底的材料，该材料在所述光照波长λ下显示出实折射率n0；iii)选择环境介质(ME)，该环境介质在所述层的与所述衬底相对侧与所述层接触，并且在所述光照波长λ下显示出实折射率n3<n0；iv)确定所述层的标称复折射率N1＝n1-jk1和标称厚度e1，使得所述层在受到通过所述衬底的光照波长为λ的垂直入射的光照时充当防反射层，所述层的与所述衬底相对的面接触所述环境介质；以及v)选择构成所述吸收性层的材料，该材料在所述光照波长λ下显示出复折射率，该复折射率的实部和虚部至多在小于或等于5％的容差
\t内与所述标称复折射率的实部和虚部一致，优选至多在小于或等于0.3％的容差内与所述标称复折射率的实部和虚部一致。12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述步骤iv)期间，所述标称复折射率和所述标称厚度被选择为满足下列条件：d)e)以及f)k1≥0.01，以及优选地k1≥0.1其中：---以及-13.根据权利要求11所述的方法，其中，确定所述层的标称复折射率和标称厚度，从而对于所述光照波长λ满足下列条件：d')e')以及f')k1≥0.15其中：---以及-14.一种观察样本的方法，包括下列步骤：A.将所述样本设置在厚度为e1的吸收性层(CA)上，所述吸收性层显示出复折射率N1＝n1-jk1并且位于具有实折射率n0的第一透明介质(MI、SS)与具有实折射率n3<n0的第二透明介质(ME)之间，其中第一透明介质即所谓入射介质，第二透明介质即所谓出射介质；B.通过所述入射介质至少在光照波长λ以垂直入射对所述样本进行光照；C.同样通过所述入射介质，对这样地受到光照的样本进行观...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·奥塞尔，C·安拉，M·泽拉，R·阿布哈奇夫，
申请(专利权)人：国家科学研究中心，曼恩大学，
类型：发明
国别省市：法国;FR