专利名称：一种短波近红外量子点成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种工作波段波长范围在短波近红外波段的突光成像系统。
背景技术：
目前，活体小动物体内成像主要采用生物发光与荧光成像两种技术。生物发光是用荧光素酶基因标记细胞或者DNA，而活体荧光成像技术主要有三种标记方法荧光蛋白标记、荧光染料标记和量子点标记。相比较而言，量子点作为一种新型的纳米荧光探针，具有激发光谱宽、荧光发射光谱窄、荧光光谱可调、量子产率高、光化学稳定性高和不易分解等诸多优点。由于不同波长的组织穿透力不同，血红蛋白、脂肪和水对近红外波长的吸收保持在一个比较低的水平，所以，生物组织在近红外波段存在“近红外窗口”，具有较高的穿透穿 透深度。因此，对活体成像而言，选择激发和发射光谱位于近红外光区的荧光标记方法，将有利于活体的光学成像，特别是深层组织的荧光成像。所以，近红外荧光量子点成像系统有着很大的应用前景，尤其对活体小动物进行深层组织的近红外荧光成像有着重要的意义，除了被标记的快速的测量各种癌症模型中肿瘤的生长，并可对癌症治疗中癌细胞的变化进行实时观测评估；可以无创伤地定量检测小动物整体的原位瘤、转移瘤及自发瘤；利用活体生物荧光成像技术可以检测到，并能连续观察其对机体的侵染过程以及抗病毒药物和抗生素对其病理过程的影响；还可应用到免疫细胞、干细胞、细胞凋亡等研究领域.，如对标记在其他研究物质上进行观察，如药物、特定的生物分子等，示踪其活动及作用，在长时间生命活动检测及活体示踪方面具有独特的应用优势，然而，目前国内外极少有用近红外量子点的活体小动物突光成像系统。
发明内容
为解决上述问题，填补该领域的技术空白，本发明提供一种短波近红外量子点成像系统，包括激光光路；所述激光光路包括激光器、耦合器、单模光纤、扩束模块；所述激光光路中由所述激光器发出激发光束通过所述耦合器，导入到所述单模光纤，再经过扩束模块照射到载有样品的载物台上；所述样品发出的近红外光通过滤光片组、成像物镜后到达探测器。为了配合量子点的信号形成明场像，本发明成像系统还包括照明光路，所述照明光路提供光源直接照射到所述样品上，所述样品的反射光依次通过所述滤光片组、成像物镜后达到探测器。为了获得单一波长的高斯光束，所述光纤为单模光纤，其稱合效率在50%以上。为了滤去背景杂光，所述滤光片组包括一片或多片平行设置的滤光片。成像物镜及探测器均是近红外波段工作，所述成像物镜的工作范围在700_1900nm波段；所述探测器为InGaAs探测器，其探测的有效波长范围为80(Tl700nm。
为了获得获得很好的穿透率，选择激光光路激发光束的工作波长范围780_1100nmo其中，所述近红外光束中心波长为808nm。受上述近红外光束的激发，所述样品发出近红外光的发生光谱在90(Tl400nm之间。为了控制样品的热受损，所述激光器的工作功率范围0-15W。本发明观察对象是小动物活体，因此观察前需要对其进行麻醉，本成像系统还包括与所述载物台连接的麻醉系统，用于对所述样品进行气体麻醉。另外，还包括与所述激光光路、成像物镜、探测器连接的计算机处理系统，用于控 制与调整激光光路、成像物镜及采集探测器的成像信号、并对所述信号进行处理。有益效果本发明的短波近红外量子点成像系统，采用近红外激光作为光源，照射到小动物体内，激发体内的量子点发出荧光，能快速、高效无损的实时观察活体小动物体内的深层组织、器官和细胞，为将来的肿瘤细胞，干细胞等方面的研究提供了高效的技术支持，而且可以观察近红外波段的其他材料的形貌特征。
图I为本发明实施例短波近红外量子点成像系统的结构示意图。
具体实施例方式本发明是利用了近红外光激发量子点发射荧光的原理完成的。因为血液中广泛分布的血红蛋白对600nm以下的光信号有很强的吸收,而IOOOnm以上波长的信号又被水大量吸收，因此低于600nm和大于IOOOnm的光信号在穿透过程中有很明显的衰弱，大大降低了成像的灵敏度，不适合做活体成像。而650-850nm的波段，则可以很好的解决活体内穿透率的问题。这个波段的光束与Ag2S量子点结合，可以出色的完成荧光成像的研究。下面结合附图对发明的实施例作详细说明。如图I所示，这种短波近红外量子点成像系统100，包括近红外探测器110、成像物镜120、滤光片组130、三维载物台180，以及分设于探测器110 —侧的照明光路140和激光光路150，还有与三维载物台180连接的麻醉系统160 ;以及分别与探测器110、激光光路150连接的计算机处理系统170。其中激光光路150的激光器151、照明光路140的光源以及探测器110尽量靠近，让激光器151与光源垂直照射载物台180，其照射中心与探测器110探测中心尽量一致。照明光路140是采用宽光谱的卤素灯作为白光光源，其正好能在近红外探测器110看到信号。其中，本实施例扫描激光光路150中的组成元件均在近红外波段下工作。激光光路150包括激光器151、耦合器152、光纤153、扩束模块154。本实施例中发出的激发光束是808nm的近红外短波光束；对应标记在小动物样品上的Ag2S量子点荧光发射光谱在932 1250nm之间。光纤153是一种单模光纤，其耦合效率在50%以上。扩束模块154是可以透过近红外光90%以上的平凹透镜，它能使照射到小动物体表的激光光斑范围要远大于小动物的身体(或者说是被测物体的表面积。)
所述成像物镜120的工作范围在700_1900nm波段；所述探测器110为InGaAs探测器，其探测的有效波长范围为80(Tl700nm。滤光片组130由两个滤光片构成，主要功能就是滤掉背景光，在本实施例中是用于将808nm波长的近红外光速滤掉，只让量子点发射的荧光进入探测器110中。但是，滤光片并非越多越好，过多的滤片会减弱荧光到达探测器110后成像效果，所以要根据量子点的信号强弱适当调整滤光片组的构成。在其他实施例中，如果量子点的信号强，可以增加滤光片的数量和波段，有利于提高成像效果；反之应减少滤光片数目。下面介绍本实施例成像系统的工作流程首先，本实施例以小白鼠为试验样品。在激光扫描前需要对小白鼠进行必要的处
理。 将小白鼠身体背部鼠毛用脱毛剂去除，或者采用裸鼠，以防止其影响荧光数据的采集。然后，将Ag2S量子点从小白鼠的尾部静脉注射到小白鼠体内。本实施例采用的量子点荧光发射光谱的范围是932 1250nm之间。接下来小白鼠先置于麻醉系统160中，在含有5%异氟烷麻醉和95%氧气的混合气体预麻箱中进行预麻醉。大约30秒之后，将已经完全麻醉的小白鼠转置于载物台180，并将麻醉面罩佩戴在小白鼠的面部，开始准备启动成像系统进行活体观察。启动成像系统。由激光光路150中的激光器151发出激发光束，通过耦合器152，导入单模光纤153获得波长为808nm的高斯光束。然后通过扩束模块154，将激发光束的光斑范围放大，再照射到载物台180上的小白鼠背部。此时，预先被植入小白鼠体内的荧光探针Ag2S量子点将会被激发，发射出荧光光子，这些荧光光子穿透组织表面逸出，通过滤光片组130将背景光及其他杂光滤掉，再通过成像物镜120到达探测器110，获得成像效果。当然，也有部分荧光是小白鼠自身发出的，这些属于近红外光短波部分都可以被捕捉进入探测器110。然后计算机处理系统170通过探测器110控制和采集量子点发光信号。同时，照明光路140中的白光光源也直接照射到载物台180上的小白鼠，小白鼠背部的反射光通过滤光片组130，再通过成像物镜120到达探测器110。照明光路140的主要作用是在对小白鼠提供照明，探测器110将拍的照片输送到计算机处理系统170，结合计算机软件将与量子点荧光信号结合在一起，准确标记出量子点在小白鼠体内的位置。另外，为降低近红外激光对小白鼠的热损伤，通过计算机处理系统170控制激光器151的功率和激光的开关，在只有拍摄照片的时候才打开激光器151，另外就是在保证图像成像效果好的前提下尽可能使激光器151的工作功率尽量低，本实施例的激光器工作功率为在0-15W连续可调。本发明利用中心波长808nm的激光激发光源通过均匀扩束，使其成为均匀光束后，照射到小动物身体上，经过滤光片组130将其他杂光滤掉到达成成像物镜120，最后使用近红外探测器110通过成像物镜120获取成像效果，最后通过采集控制软件获取最终成像。成像质量更高、看的深度更深，而且具有麻醉系统170，能够实时观察小动物体内细胞发生的情况，并对其进行标记为将来的肿瘤细胞，干细胞等方面的研究提供了高效的技术支持，具有广泛的应用前景。以上述依据本发明的理想实施为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须根据权利要求范围来确定 其技术性范围。
权利要求
1.一种短波近红外量子点成像系统，包括激光光路；其特征在于所述激光光路包括激光器、耦合器、单模光纤、扩束模块； 所述激光光路中由所述激光器发出激发光束通过所述耦合器，导入到所述单模光纤，再经过扩束模块照射到载有样品的载物台上；所述样品发出的近红外光通过滤光片组、成像物镜后到达探测器。
2.根据权利要求I所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，还包括照明光路，所述照明光路提供光源直接照射到所述样品上，所述样品的反射光依次通过所述滤光片组、成像物镜后达到探测器。
3.根据权利要求I所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，所述滤光片组包括一片或多片平行设置的滤光片；所述光纤为单模光纤，其耦合效率50%以上。
4.根据权利要求I所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，所述成像物镜的工作范围在700-1900nm波段；所述探测器为InGaAs探测器，其探测的有效波长范围为800 1700咖。
5.根据权利要求I所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，所述激光光路激发光束的工作波长范围是78(Tll00nm。
6.根据权利要求5所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，所述近红外光束中心波长为808nm。
7.根据权利要求5或6所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，所述样品发出近红外光的发生光谱在90(Tl400nm之间。
8.根据权利要求5 7所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，所述激光器的工作功率范围0-15W。
9.根据权利要求I所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，还包括与所述载物台连接的麻醉系统，用于对所述样品进行麻醉。
10.根据权利要求I或2任一所述短波近红外量子点成像系统，其特征在于，还包括与所述激光光路、成像物镜、探测器连接的计算机处理系统，用于控制与调整激光光路、成像物镜及采集探测器的成像信号、并对所述信号进行处理。
全文摘要
本发明涉及光学技术领域，一种短波近红外量子点成像系统，包括激光光路；所述激光光路包括激光器、耦合器、单模光纤、扩束模块；所述激光光路中由所述激光器发出近红外光束通过所述耦合器，导入到所述单模光纤，再经过扩束模块照射到载有样品的载物台上；所述样品被激发的荧光通过滤光片组、成像物镜后到达探测器。本发明采用近红外激光作为光源，照射到小动物体内，激发体内的量子点发出荧光，能快速、高效无损的实时观察活体小动物体内的深层组织、器官和细胞，为将来的肿瘤细胞，干细胞等方面的研究提供了高效的技术支持，而且可以观察近红外波段的其他材料的形貌特征。
文档编号A61B5/00GK102793533SQ201210282679
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者王懋, 李敏, 吴东岷, 翟晓敏 申请人:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所