專利名稱：穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種分子影像學(xué)光學(xué)成像設(shè)備，特別涉及一種穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā) 光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)。能對(duì)標(biāo)記上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的材料的活體(小鼠)進(jìn)行實(shí)時(shí)、安全的 成像，能夠直接監(jiān)控活體生物體內(nèi)的細(xì)胞活動(dòng)和基因行為。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，可以觀測(cè)活體 動(dòng)物體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移、感染性疾病發(fā)展過(guò)程、特定基因的表達(dá)等生物學(xué)過(guò)程。
背景技術(shù)：
活體動(dòng)物熒光成像技術(shù)讓研究人員能夠觀察活體動(dòng)物體內(nèi)的基因表達(dá)和細(xì)胞活動(dòng)，是 將分子及細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)從體外研究發(fā)展到活體動(dòng)物體內(nèi)的強(qiáng)有力手段，正在被越來(lái)越廣 泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)及生物學(xué)研究領(lǐng)域。相對(duì)于其他非侵入性觀察手段，如CT、 MRI，及PET 等，熒光成像技術(shù)檢測(cè)靈敏度極高，且操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用相對(duì)低廉，為研究人員提供了廣闊 的應(yīng)用空間。但傳統(tǒng)的熒光探針都有其固有的缺陷，如熒光有機(jī)染料和熒光蛋白分子易發(fā) 生光漂白，因此無(wú)法較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)所研究分子的長(zhǎng)時(shí)熒光標(biāo)記觀察。而量子點(diǎn)的毒性、表 面的易變特性以及與之相關(guān)的"閃爍"(Blinking)現(xiàn)象使得量子點(diǎn)難以用于臨床。此外，這些 材料都屬于共軛體系冗電子激發(fā)和發(fā)射，與生物樣品內(nèi)源性熒光物質(zhì)的自發(fā)熒光過(guò)程相似， 因此使用這些發(fā)光材料為生物標(biāo)記物進(jìn)行活體成像檢測(cè)時(shí)，常存在著生物樣品的自發(fā)熒光 的干擾。因此尋找新型發(fā)光材料作為生物標(biāo)記物來(lái)避免背景熒光是活體熒光成像技術(shù)中的 關(guān)鍵難點(diǎn)。
最近，穩(wěn)態(tài)激光泵浦的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在生物成像中的應(yīng)用引起了越來(lái)越多研究者的 重視。和傳統(tǒng)的熒光材料相比，這類材料具有特殊的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)，即能吸收兩個(gè)或兩 個(gè)以上低能光子而輻射一個(gè)高能光子，通常是將近紅外光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光。采用近紅外光作 為激發(fā)光，可以減小激發(fā)光對(duì)生物樣品的損傷，提高成像深度，而使用廉價(jià)的穩(wěn)態(tài)激光器 (~$2,000)大大降低了儀器造價(jià)。另外，由于生物樣品內(nèi)源性熒光物質(zhì)不能被穩(wěn)態(tài)近紅外 激光激發(fā)，使用這類材料可以完全消除生物樣品自發(fā)熒光的干擾。因此，如果能將穩(wěn)態(tài)激 光泵浦的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料與熒光成像技術(shù)結(jié)合以來(lái)，發(fā)展一種新型的活體成像系統(tǒng)，則有 望解決現(xiàn)有的熒光成像中存在的一些問(wèn)題，為生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)研究提供一種新 的方法。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，該系 統(tǒng)能直接對(duì)標(biāo)記上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的材料的活體(小鼠)進(jìn)行實(shí)時(shí)、安全的成像，能夠直接監(jiān)控活體生物體內(nèi)的細(xì)胞活動(dòng)和基因行為。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，還可以觀測(cè)活體動(dòng)物體內(nèi)腫瘤的 生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移、感染性疾病發(fā)展過(guò)程、特定基因的表達(dá)等生物學(xué)過(guò)程。
本實(shí)用新型提出的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，由半導(dǎo)體激光器1、 擴(kuò)束透鏡2、光束整形鏡3、樣品臺(tái)4、截止濾光片5、鏡頭6、發(fā)射濾光片7和CCD檢測(cè) 器8組成，其中，半導(dǎo)體激光器l的出射光對(duì)準(zhǔn)擴(kuò)束透鏡2的入光口，擴(kuò)束透鏡2的出光 口對(duì)準(zhǔn)光束整形鏡3的進(jìn)光口，光束整形鏡3的出光口對(duì)準(zhǔn)樣品臺(tái)4，樣品臺(tái)4正上方放 置有截止濾光片5，截止濾光片5的出光口對(duì)準(zhǔn)鏡頭6的進(jìn)光口，鏡頭6的出光口對(duì)準(zhǔn)發(fā) 射濾光片7的進(jìn)光口 ，發(fā)射濾光片7的出光口對(duì)準(zhǔn)CCD檢測(cè)器8。
本實(shí)用新型中，半導(dǎo)體激光器1采用中心波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器。
本實(shí)用新型中，截止濾光片5采用980nm截止濾光片。
本實(shí)用新型中，半導(dǎo)體激光器1的數(shù)量為1-4個(gè)，視具體情況而定，相應(yīng)的，擴(kuò)束透 鏡2與光束整形鏡3的數(shù)量為1-4個(gè)。
本實(shí)用新型中，擴(kuò)束透鏡2、光束整形鏡3、樣品臺(tái)4、截止濾光片5、鏡頭6、發(fā)射 濾光片7和CCD檢測(cè)器8位于成像暗箱10內(nèi)。
本實(shí)用新型中，小動(dòng)物U放置于樣品臺(tái)4上。
本實(shí)用新型中，樣品臺(tái)4連接步進(jìn)電機(jī)。
本實(shí)用新型中，CCD檢測(cè)器8連接計(jì)算機(jī)9。
本實(shí)用新型能直接對(duì)具有穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的材料進(jìn)行實(shí)時(shí)、安全的活體 成像，從而揭示分子水平的活動(dòng)。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程是半導(dǎo)體激光器1產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束透鏡2和光束 整形鏡3，變成一束較大的平行光束，照射在小動(dòng)物11上，小動(dòng)物11體內(nèi)具有穩(wěn)態(tài)激光 泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的材料在激光的激發(fā)下發(fā)射沿各方向的上轉(zhuǎn)換發(fā)光， 一部分上轉(zhuǎn)換發(fā) 光信號(hào)通過(guò)截止濾光片5由鏡頭6收集轉(zhuǎn)換成平行光束，再通過(guò)發(fā)射濾光片7， 一定波長(zhǎng) 范圍的信號(hào)被截取，然后被CCD檢測(cè)器8接收。
本實(shí)用新型與已有的活體熒光成像技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于生物樣品內(nèi)源性 熒光物質(zhì)和常用的有機(jī)熒光染料不能被穩(wěn)態(tài)近紅外激光器激發(fā)，因此本實(shí)用新型消除了生 物樣品自發(fā)熒光和有機(jī)熒光染料發(fā)光等背景熒光的干擾，是一種高靈敏度的成像技術(shù)。2. 由于穩(wěn)態(tài)激光泵浦的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在穩(wěn)態(tài)近紅外激光激發(fā)下幾乎不被光漂白，而且穩(wěn)態(tài) 近紅外激光對(duì)有機(jī)熒光染料的光漂白很弱，對(duì)生物樣品的損傷小，因此本實(shí)用新型是一種 能對(duì)生物樣品進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀察的成像技術(shù)。3.本實(shí)用新型采用半導(dǎo)體激光器作為激 發(fā)光源，和雙光子熒光探針采用的飛秒激光器相比，半導(dǎo)體激光器已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，價(jià)格低廉，因此本實(shí)用新型易于推廣普及。

圖1是本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是用本實(shí)用新型實(shí)施例1獲得的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料尾靜脈注射到昆明 小鼠體內(nèi)的成像圖片。(a)小鼠白光圖像，(b)是上轉(zhuǎn)換發(fā)光和小鼠白光疊加圖像。
圖4是用本實(shí)用新型實(shí)施例1獲得的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料尾靜脈注射到帶腫 瘤的裸鼠體內(nèi)的成像圖片。(a)小鼠白光圖像，(b)是上轉(zhuǎn)換發(fā)光和小鼠白光疊加圖像。
圖中標(biāo)號(hào)l為半導(dǎo)體激光器，2為擴(kuò)束透鏡，3為光束整形鏡，4為樣品臺(tái)，5為截 止濾光片，6為鏡頭，7為發(fā)射濾光片，8為CCD檢測(cè)器，9為計(jì)算機(jī)，IO為成像暗箱， 11為小動(dòng)物。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，而不是用來(lái)限定本實(shí)用新型的范圍。
如圖1所示，半導(dǎo)體激光器(中心波長(zhǎng)為980 nm) 1產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)激光束通過(guò)光纖導(dǎo)入， 沿該激光束前進(jìn)方向上依次放置擴(kuò)束透鏡2、光束整形鏡3，在沿該激光束側(cè)下方放置樣 品臺(tái)4，同軸地在該樣品臺(tái)上方依次放置有980nm截止濾光片5，鏡頭6，發(fā)射濾光片7 和CCD檢測(cè)器8。
如圖2所示，兩臺(tái)半導(dǎo)體激光器(中心波長(zhǎng)為980nm) 1產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)激光束均通過(guò)光 纖導(dǎo)入，沿激光束前進(jìn)方向上依次放置擴(kuò)束透鏡2、光束整形鏡3，其中擴(kuò)束透鏡2與一 個(gè)關(guān)節(jié)臂連接，可以自由調(diào)節(jié)光纖端口光束的角度，在兩束激光束側(cè)下方放置樣品臺(tái)4， 小動(dòng)物11位于樣品臺(tái)上。同軸地在該樣品臺(tái)上方依次放置有980nm截止濾光片5，鏡頭6， 發(fā)射濾光片7和CCD8。其中CCD8與計(jì)算機(jī)9連接。半導(dǎo)體激光器(中心波長(zhǎng)為980 nm) 1、擴(kuò)束透鏡2、光束整形鏡3、樣品臺(tái)4、 980nm截止濾光片5、鏡頭6、發(fā)射濾光片7和 CCD8等依次成光路聯(lián)結(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)臂可以360度全方位照射活體小動(dòng)物，通過(guò)發(fā)射 濾光片7選擇一定波長(zhǎng)范圍的信號(hào)由CCD8接收，計(jì)算機(jī)9與CCD8連接，實(shí)現(xiàn)圖像存儲(chǔ) 及掃描控制。此外，通過(guò)步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)樣品臺(tái)4沿Z軸移動(dòng)。本實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光器 (中心波長(zhǎng)為980 nm)采用輸出功率為0-6.5W可調(diào)的國(guó)產(chǎn)激光器(上海瀚宇光纖通信技 術(shù)有限公司)，660nm +/-11帶通濾光片以及800nm +/-12帶通濾光片(冷泉科技公司)， 檢測(cè)器是Andor DU897 EMCCD，圖像存儲(chǔ)、分析軟件為Kodak Molecular Imaging Software。
本實(shí)施例的工作過(guò)程是半導(dǎo)體激光器(中心波長(zhǎng)為980 nm) 1發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束透鏡2和光束整形鏡3, 變成一束直徑較大的平行光束，從側(cè)上方照射在活體小動(dòng)物11上，小動(dòng)物11體內(nèi)具有穩(wěn) 態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的材料在激光的激發(fā)下發(fā)射沿各個(gè)方向的上轉(zhuǎn)換發(fā)光， 一部分 上轉(zhuǎn)換發(fā)光信號(hào)通過(guò)980nrn截止濾光片5被鏡頭6收集，再通過(guò)發(fā)射濾光片7由CCD8接 收。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)9進(jìn)行圖像處理。
圖3是用本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例獲得的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料通過(guò)尾靜脈 注射到昆明小鼠體內(nèi)24小時(shí)后小鼠的成像圖片。(a)小鼠白光圖像，(b)是在穩(wěn)態(tài)激光激 發(fā)下獲得的上轉(zhuǎn)換發(fā)光圖像和小鼠白光圖像的疊加。
圖4是用本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例獲得的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料通過(guò)尾靜脈 注射到帶腫瘤的裸鼠體內(nèi)24小時(shí)后小鼠的成像圖片。(a)小鼠白光圖像，(b)是在穩(wěn)態(tài)激 光激發(fā)下獲得的上轉(zhuǎn)換發(fā)光圖像和小鼠白光圖像的疊加。
權(quán)利要求1、一種穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，由半導(dǎo)體激光器(1)、擴(kuò)束透鏡(2)、光束整形鏡(3)、樣品臺(tái)(4)、截止濾光片(5)、鏡頭(6)、發(fā)射濾光片(7)和CCD檢測(cè)器(8)組成，其特征在于半導(dǎo)體激光器(1)的出射光對(duì)準(zhǔn)擴(kuò)束透鏡(2)的入光口，擴(kuò)束透鏡(2)的出光口對(duì)準(zhǔn)光束整形鏡(3)的進(jìn)光口，光束整形鏡(3)的出光口對(duì)準(zhǔn)樣品臺(tái)(4)，樣品臺(tái)(4)正上方放置有截止濾光片(5)，截止濾光片(5)的出光口對(duì)準(zhǔn)鏡頭(6)的進(jìn)光口，鏡頭(6)的出光口對(duì)準(zhǔn)發(fā)射濾光片(7)的進(jìn)光口，發(fā)射濾光片(7)的出光口對(duì)準(zhǔn)CCD檢測(cè)器(8)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，其特征在 于半導(dǎo)體激光器(l)采用中心波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體激光器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，其特征在 于截止濾光片(5)采用980nm截止濾光片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，其特征在 于半導(dǎo)體激光器(l)的數(shù)量為1-4個(gè)，相應(yīng)的，擴(kuò)束透鏡(2)與光束整形鏡(3)的數(shù)量為1-4個(gè)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，其特征在 于擴(kuò)束透鏡(2)、光束整形鏡(3)、樣品臺(tái)(4)、截止濾光片(5)、鏡頭(6)、發(fā)射濾光片(7)和CCD 檢測(cè)器(8)位于成像暗箱(10)內(nèi)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，其特征在 于小動(dòng)物(11)放置于樣品臺(tái)(4)上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，其特征在 于樣品臺(tái)(4)連接步進(jìn)電機(jī)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，其特征在 于CCD檢測(cè)器(8)連接計(jì)算機(jī)(9)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，由半導(dǎo)體激光器、擴(kuò)束透鏡、光束整形鏡、樣品臺(tái)、截止濾光片、鏡頭、發(fā)射濾光片和CCD檢測(cè)器組成，其特征在于半導(dǎo)體激光器的出射光對(duì)準(zhǔn)擴(kuò)束透鏡的入光口，擴(kuò)束透鏡的出光口對(duì)準(zhǔn)光束整形鏡的進(jìn)光口，光束整形鏡的出光口對(duì)準(zhǔn)樣品臺(tái)，樣品臺(tái)正上方放置有載止濾光片，載止濾光片的出光口對(duì)準(zhǔn)鏡頭的進(jìn)光口，鏡頭的出光口對(duì)準(zhǔn)發(fā)射濾光片的進(jìn)光口，發(fā)射濾光片的出光口對(duì)準(zhǔn)CCD檢測(cè)器。本實(shí)用新型能直接對(duì)具有穩(wěn)態(tài)激光泵浦上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的材料進(jìn)行實(shí)時(shí)、安全的活體成像，從而揭示分子水平的活動(dòng)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK201394004SQ20092007173
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者李富友, 熊麗琴 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)