激光泵浦時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于熒光成像技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種激光泵浦時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)。本實(shí)用新型熒光成像系統(tǒng)由半導(dǎo)體激光器、脈沖發(fā)射器、光學(xué)斬波器、光學(xué)鏡頭、CCD檢測器和計(jì)算機(jī)組成，該系統(tǒng)利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料長發(fā)光壽命的特點(diǎn)，通過短脈沖光激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料后，收集沒有激發(fā)光存在的延遲熒光時(shí)間區(qū)段，實(shí)現(xiàn)對標(biāo)記有上轉(zhuǎn)換發(fā)光探針的材料、細(xì)胞或者生物組織的實(shí)時(shí)、非侵入式的高信噪比、高靈敏度成像。另外，本系統(tǒng)由于使用脈沖激發(fā)光，能夠大幅減少激光的照射總量來進(jìn)一步減少對生物組織的影響。本系統(tǒng)有效去除了激發(fā)光在熒光成像中信號(hào)干擾，大大提高熒光檢測的成像靈敏度以及準(zhǔn)確性，為材料科學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中的活體光學(xué)檢測的應(yīng)用提供了一種有力的工具。
【專利說明】
激光泵浦時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于熒光成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光栗浦時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]熒光成像作為一種新興的生物成像技術(shù)，由于其造價(jià)相對低廉、成像速度快、靈敏度高、侵入性低等優(yōu)勢。另外，不同于臨床上的成像方式如，X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描、核磁共振成像、單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描等成像方式，熒光成像可以使被檢測的生物體免受放射損傷的問題。因此，熒光成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。熒光成像的實(shí)現(xiàn)是基于具有光致發(fā)光性質(zhì)的材料在外界光源激發(fā)下產(chǎn)生熒光發(fā)射，通過檢測熒光發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度、位置、發(fā)射波長等性質(zhì)，來研究生物體的特定生理過程。在熒光成像中使用的光致發(fā)光性質(zhì)的材料通常被稱為熒光探針，目前研究的比較廣泛的熒光探針有，小分子熒光探針、量子點(diǎn)、上轉(zhuǎn)換熒光探針等，其中上轉(zhuǎn)換熒光探針有別于其他的熒光探針，在長波長的外界光源激發(fā)下可以發(fā)射短波長的熒光，這種獨(dú)特的發(fā)光性質(zhì)使得上轉(zhuǎn)換熒光探針在進(jìn)行熒光成像時(shí)，可以大大避免生物組織的自發(fā)熒光干擾，而且上轉(zhuǎn)換熒光探針的光穩(wěn)定性也很高，不容易發(fā)生熒光淬滅等問題，適用于生物體的長期熒光成像觀測。但是，目前的上轉(zhuǎn)換熒光探針的發(fā)光效率還比較有限，不如小分子熒光探針等的熒光量子產(chǎn)率高，所以在成像時(shí)使用的激發(fā)光的強(qiáng)度較高，由此會(huì)造成成像時(shí)激發(fā)光的不完全濾除使得成像信號(hào)受到干擾，這種干擾將使得熒光信號(hào)和激光信號(hào)變得難以區(qū)分。如果能夠解決熒光成像中的激發(fā)光干擾的問題，將大大提高熒光成像的正確率以及分辨率，這將為熒光成像在臨床醫(yī)學(xué)上的實(shí)際應(yīng)用做出重大的貢獻(xiàn)。
[0003]由于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的發(fā)光壽命較長(10-1000ys)，相比于小分子熒光探針的壽命要大四到五個(gè)數(shù)量級。因此上轉(zhuǎn)換發(fā)光探針在激發(fā)光照射之后又相當(dāng)長時(shí)間的延遲發(fā)光效應(yīng)，這為在熒光成像中取出激發(fā)光干擾提供了十分有利的條件。如果可以控制激發(fā)光以較短的脈沖形式激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光探針，并且選擇性只接收延遲熒光的時(shí)間區(qū)段，就可以完全濾除激發(fā)光的信號(hào)。滿足這一性能的技術(shù)被稱為時(shí)間分辨熒光技術(shù)，該技術(shù)是近十年來發(fā)展起來的新技術(shù)，通常使用脈沖光激發(fā)熒光探針產(chǎn)生滯后的脈沖式響應(yīng)，再通過分時(shí)段采集響應(yīng)的熒光信號(hào)來從原理上徹底濾除激發(fā)光。目前時(shí)間分辨熒光技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在了熒光光譜檢測以及熒光共聚焦顯微鏡上，但是在小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)上的應(yīng)用實(shí)施幾乎沒有，所以時(shí)間分辨技術(shù)如果能與上轉(zhuǎn)換熒光活體成像技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)展一種新型的時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)，將有望解決制約熒光成像技術(shù)進(jìn)入臨床應(yīng)用的瓶頸問題，為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究提供一種有力的工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種激光栗浦時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換熒光成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料長發(fā)光壽命的特點(diǎn)，通過短脈沖光激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料后，收集沒有激發(fā)光存在的延遲熒光時(shí)間區(qū)段，實(shí)現(xiàn)對標(biāo)記有上轉(zhuǎn)換發(fā)光探針的材料、細(xì)胞或者生物組織的實(shí)時(shí)、非侵入式的高信噪比、高靈敏度成像。
[0005]本實(shí)用新型提出的激光栗浦時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換熒光成像系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由半導(dǎo)體激光器1、脈沖控制器2、光學(xué)斬波器3、CCD檢測器4、光學(xué)鏡頭5、樣品臺(tái)6和計(jì)算機(jī)7組成;其中，半導(dǎo)體激光器I帶有TTL調(diào)制功能，作為時(shí)間分辨成像熒光激發(fā)源，其出射光對準(zhǔn)樣品臺(tái)6;樣品臺(tái)6用于放置上轉(zhuǎn)換熒光探針材料以及上轉(zhuǎn)換熒光探針材料標(biāo)記的細(xì)胞、活體動(dòng)物以及組織，樣品臺(tái)6對準(zhǔn)光學(xué)鏡頭5;光學(xué)鏡頭5對準(zhǔn)光學(xué)斬波器3，且光學(xué)鏡頭5的光學(xué)焦點(diǎn)與光學(xué)斬波器3處于同一個(gè)平面;光學(xué)斬波器3對準(zhǔn)CCD檢測器4;半導(dǎo)體激光器I以及光學(xué)斬波器3與脈沖控制器2連接，CCD檢測器4通過信號(hào)接收線路連接計(jì)算機(jī)7;計(jì)算機(jī)7用于顯示得到熒光成像的照片。
[0006]本成像系統(tǒng)中，脈沖控制器2—方面作為時(shí)間分辨成像的半導(dǎo)體激光器I開啟與關(guān)閉控制器，用于控制半導(dǎo)體激光器I開啟與關(guān)閉；另一方面作為光學(xué)斬波器3的轉(zhuǎn)速感應(yīng)器，用于控制光學(xué)斬波器3的轉(zhuǎn)速。
[0007]本成像系統(tǒng)中，光學(xué)斬波器3作為延遲熒光收集時(shí)間區(qū)段的控制器，用于控制延遲熒光收集時(shí)間區(qū)段。
[0008]本成像系統(tǒng)中，半導(dǎo)體激光器I可采用中心波長為980 nm、808 nm、730 nm、1064nm、1532 nm的半導(dǎo)體激光器。
[0009]本成像系統(tǒng)能夠發(fā)射脈沖激發(fā)光，通過對激發(fā)光脈沖的調(diào)制以及光學(xué)斬波器的控制，選擇性的只收集沒有激發(fā)光存在的延遲熒光的時(shí)間區(qū)間來完全避免激發(fā)光對上轉(zhuǎn)換熒光信號(hào)的干擾，實(shí)現(xiàn)對標(biāo)記有上轉(zhuǎn)換熒光探針的材料、細(xì)胞和活體動(dòng)物和組織進(jìn)行實(shí)時(shí)高靈敏度以及高信噪比的成像。
[0010]本成像系統(tǒng)的工作過程是:在脈沖控制器2的控制下，帶有TTL調(diào)制的半導(dǎo)體激光器I產(chǎn)生脈沖激光束并照射在樣品臺(tái)6上，樣品臺(tái)6上承載的標(biāo)記有上轉(zhuǎn)換熒光探針的材料、細(xì)胞或者活體動(dòng)物以及組織反射了一部分激光，這部分被反射的激光通過光學(xué)鏡頭5匯聚之后進(jìn)入光學(xué)斬波器3，由于脈沖控制器2的調(diào)諧，被反射的激光被光學(xué)斬波器3的擋片阻擋而沒有進(jìn)入CCD檢測器4。與此同時(shí)，照射在樣品上的脈沖激光還激發(fā)了樣品產(chǎn)生了滯后的上轉(zhuǎn)換熒光響應(yīng)，這部分上轉(zhuǎn)換熒光通過光學(xué)鏡頭5并經(jīng)過匯聚進(jìn)入光學(xué)斬波器3，由于脈沖控制器2的調(diào)諧，沒有激發(fā)光存在的上轉(zhuǎn)換熒光的區(qū)段通過光學(xué)斬波器3的狹縫而進(jìn)入CXD檢測器4，(XD檢測器4接收的熒光信號(hào)通過計(jì)算機(jī)7進(jìn)行顯示得到熒光成像的照片。
[0011 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本成像系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1.首次實(shí)現(xiàn)了時(shí)間分辨技術(shù)與上轉(zhuǎn)換活體熒光成像技術(shù)的結(jié)合，為活體熒光成像技術(shù)提供了一種新的模式。
[0013]2.可以實(shí)現(xiàn)活體熒光成像中的激發(fā)光與熒光的完全分離，避免激發(fā)光在熒光成像中的干擾，大大提高成像的準(zhǔn)確度以及靈敏度。
[0014]3.可以實(shí)現(xiàn)激發(fā)光波長位置與熒光發(fā)射位置接近甚至重合的熒光材料的光學(xué)成像檢測，對無法用現(xiàn)有技術(shù)研究的光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行深入的考察。
【附圖說明】
[0015]圖1本成像系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2脈沖控制器2的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3實(shí)施例1的小動(dòng)物時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換熒光成像圖。
[0018]圖4實(shí)施例1的未添加時(shí)間分辨的成像圖對照。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下通過具體實(shí)施例用來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
[0020]實(shí)施例1:使用激光栗浦時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)進(jìn)行上轉(zhuǎn)換熒光納米材料標(biāo)記的小鼠活體成像。
[0021]本成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由半導(dǎo)體激光器1、脈沖控制器2、光學(xué)斬波器3、C⑶檢測器4、光學(xué)鏡頭5、樣品臺(tái)6和計(jì)算機(jī)7組成;其中，半導(dǎo)體激光器I帶有TTL調(diào)制功能，作為時(shí)間分辨成像熒光激發(fā)源，其出射光對準(zhǔn)樣品臺(tái)6;樣品臺(tái)6用于放置上轉(zhuǎn)換熒光探針材料以及上轉(zhuǎn)換熒光探針材料標(biāo)記的細(xì)胞、活體動(dòng)物以及組織，樣品臺(tái)6對準(zhǔn)光學(xué)鏡頭5;光學(xué)鏡頭5對準(zhǔn)光學(xué)斬波器3，且光學(xué)鏡頭5的光學(xué)焦點(diǎn)與光學(xué)斬波器3處于同一個(gè)平面;光學(xué)斬波器3對準(zhǔn)CCD檢測器4;半導(dǎo)體激光器I以及光學(xué)斬波器3與脈沖控制器2連接，CCD檢測器4通過信號(hào)接收線路連接計(jì)算機(jī)7;計(jì)算機(jī)7用于顯示得到熒光成像的照片。
[0022]上述光學(xué)斬波器3可采用常規(guī)設(shè)備;脈沖控制器2可采用常規(guī)電路，如圖2所示。
[0023]本成像系統(tǒng)中，半導(dǎo)體激光器I可采用中心波長為980 nm、808 nm、730 nm、1064nm、1532 nm的半導(dǎo)體激光器。
[0024]將上轉(zhuǎn)換熒光納米材料配制成的Img/mL的水溶液200 yL，經(jīng)過皮下注射入昆明鼠的腹部，將昆明鼠麻醉之后放置于樣品臺(tái)6之上，將半導(dǎo)體激光器1、脈沖控制器2以及光學(xué)斬波器3開啟，其中半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的脈沖激發(fā)光對準(zhǔn)昆明鼠的腹部，產(chǎn)生的激光散射以及上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)生都匯聚進(jìn)入光學(xué)斬波器3中，并由脈沖控制器2調(diào)諧只讓熒光信號(hào)進(jìn)入CCD檢測器4，并有計(jì)算機(jī)7顯示時(shí)間分辨熒光成像圖。作為對照，將脈沖控制器關(guān)閉，同樣也采集成像圖，經(jīng)過計(jì)算機(jī)在成像圖上進(jìn)行像素點(diǎn)熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)掃描來考察背景信號(hào)在添加以及未添加時(shí)間分辨技術(shù)時(shí)的大小。
[0025]雖然已經(jīng)用優(yōu)選實(shí)施例詳述了本實(shí)用新型，然而其并非用于限定本實(shí)用新型。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，應(yīng)當(dāng)可以作出各種修改與變更。因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視為所附的權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光栗浦的時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)，其特征在于，由半導(dǎo)體激光器、脈沖控制器、光學(xué)斬波器、CCD檢測器、光學(xué)鏡頭、樣品臺(tái)和計(jì)算機(jī)組成;其中，半導(dǎo)體激光器帶有TTL調(diào)制功能，作為時(shí)間分辨成像熒光激發(fā)源，其出射光對準(zhǔn)樣品臺(tái)；樣品臺(tái)用于放置上轉(zhuǎn)換熒光探針材料以及上轉(zhuǎn)換熒光探針材料標(biāo)記的細(xì)胞、活體動(dòng)物以及組織，樣品臺(tái)對準(zhǔn)光學(xué)鏡頭;光學(xué)鏡頭對準(zhǔn)光學(xué)斬波器，且光學(xué)鏡頭的光學(xué)焦點(diǎn)與光學(xué)斬波器處于同一個(gè)平面;光學(xué)斬波器對準(zhǔn)CCD檢測器;半導(dǎo)體激光器以及光學(xué)斬波器與脈沖控制器連接，CCD檢測器通過信號(hào)接收線路連接計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)用于顯示得到熒光成像的照片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光栗浦的時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖控制器一方面作為時(shí)間分辨成像的半導(dǎo)體激光器開啟與關(guān)閉控制器，用于控制半導(dǎo)體激光器開啟與關(guān)閉；另一方面作為光學(xué)斬波器的轉(zhuǎn)速感應(yīng)器，用于控制光學(xué)斬波器的轉(zhuǎn)速。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光栗浦的時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)斬波器作為延遲熒光收集時(shí)間區(qū)段的控制器，用于控制延遲熒光收集時(shí)間區(qū)段。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光栗浦的時(shí)間分辨上轉(zhuǎn)換發(fā)光活體成像系統(tǒng)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器米用中心波長為980 nm、808 nm、730 nm、1064 nm、1532 nm的半導(dǎo)體激光器。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK205484048SQ201620063328
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】李富友, 馮瑋, 朱幸俊
【申請人】復(fù)旦大學(xué)