本發(fā)明涉及一種微型化透鏡植入的設(shè)備和方法，具體涉及一種基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備和方法。目前微型化熒光顯微鏡常用grin?lens作為物鏡，有著體積小，質(zhì)量輕的優(yōu)點，可以在試驗動物能自由活動的承受范圍內(nèi)對其腦部神經(jīng)元進行成像。然而，如何將grin?lens精準無損的植入動物頭部，是一個需要解決的問題。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代技術(shù)的理解認為，微型化集成是促進低成本生產(chǎn)的關(guān)鍵進步，通常會帶來性能的改善和意想不到的應用。這種影響已經(jīng)在不同的領(lǐng)域表現(xiàn)出來，如電信、計算機和基因組學。在神經(jīng)科學中，顯微鏡已經(jīng)在活體動物中得到了廣泛的應用，但是傳統(tǒng)顯微鏡的局限性，如體積過大等，阻礙了大腦成像實驗的范圍和規(guī)模。為了提高自由行為動物大腦成像研究的可行性、質(zhì)量和通量，微型化集成熒光顯微鏡應運而生，其設(shè)計允許大批量生產(chǎn)和高速跟蹤神經(jīng)動力學。微型化顯微鏡基于顯微光學和半導體光電子學，此兩者都易于大規(guī)模制造，并將所有光學部件集成在一個微型封裝中，并且易于手持。相比于高分辨率光纖顯微鏡相比，微型化顯微鏡在光學靈敏度、視野、分辨率、動物機械靈活性、成本和便攜性等方面都具有優(yōu)勢。

2、隨著精密制造業(yè)的發(fā)展，光學元件以及微機電元件在尺寸減小的同時可以保證與常規(guī)尺寸元件的性能相當，這就使得微型化顯微成像系統(tǒng)的效果得到了顯著的提升；物鏡作為顯微鏡中最重要的部件，直接決定了整個顯微鏡的成像效果。對于常規(guī)物鏡而言，入射光線進入透鏡表面時，由于折射率從空氣到均勻物質(zhì)的突變而發(fā)生折射。光線在均勻材料中以直線傳播，直到它通過透鏡的出射表面時被再次折射。精心設(shè)計的表面可以使光匯聚在一個點上實現(xiàn)成像。傳統(tǒng)透鏡表面加工所需的高精度導致了透鏡的微型化制造難度加劇，并增加了生產(chǎn)成本。grin?lens是一種有效的替代方案，其性能取決于透鏡材料內(nèi)折射率的連續(xù)變化，用平面光學面代替復雜的形狀曲面，光線在透鏡內(nèi)不斷地彎曲，直到最后聚焦在一個點上，透鏡的直徑最小可達0.2毫米。由于grin?lens特殊的制造機理，僅通過改變鏡頭長度就可以極大程度的靈活調(diào)整焦距，工作距等鏡頭參數(shù)。同時，grin?lens通常是圓柱體或者長方體，兩端為平面，使其更加適于組裝，進一步滿足了微型化透鏡的要求，并簡化了光路。并且手術(shù)技術(shù)的進步也使微型化顯微成像系統(tǒng)在植入頭骨以下時最大程度的避免了對腦組織的破壞；同時，微型化顯微成像系統(tǒng)由于其質(zhì)量輕，體積小，完全在動物的承受范圍之內(nèi)。通過合理的設(shè)計以及合適尺寸元件的應用，比如使用grin?lens代替正常尺寸的透鏡成像，設(shè)計使用小尺寸的濾光片等，并將其組裝至一個3d打印的外殼中固定集成，這樣就可以得到一個小尺寸小質(zhì)量的可頭戴顯微鏡。這種顯微鏡由于其小而輕的特點，可以在幾乎不影響小鼠正常行為活動的前提下對其腦部進行成像，從而得到最為真實可信的腦部神經(jīng)圖像。

3、然而，grin?lens由于體積很小，在頭部植入時操作者會面臨很大的挑戰(zhàn)，既要保證垂直植入的穩(wěn)定性也要保證夾取力度適中，避免損壞透鏡。這就需要設(shè)計一款可以保證將grin?lens精準植入老鼠頭部目標位置，且不會破壞物鏡的設(shè)備來保證微型化顯微鏡可以實現(xiàn)基本的成像功能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

2、鑒于此，為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備和方法，實現(xiàn)了將grin?lens穩(wěn)定垂直且無損的植入試驗動物頭部目標位置，保證了整個成像過程的順利進行。

3、方案一：本發(fā)明提供了一種基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備和方法，所述基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備包括：grin?lens、微量移液管尖部1、微量移液管尖部2、注射器、真空管和抽濾泵；

4、進一步的：所述的grin?lens是直徑為2mm的1/4節(jié)距鏡。。

5、進一步的：所述的微量移液管尖部1的口徑略大于grin?lens的直徑，微量移液管尖部2的口徑略小于grin?lens的直徑。

6、進一步的：所述的微量移液管尖部2要嵌套在微量移液管尖部1內(nèi)，并用膠將縫隙堵住。

7、進一步的：所述的微量移液管尖部2和微量移液管尖部1在嵌套時要確保兩者的表面都是平的，并且有足夠的空間來放置鏡頭。

8、進一步的：所述的注射器頭部周圍需要涂抹膠水，便于和微量移液管尖部2在嵌套時穩(wěn)定粘合且隔絕空氣。

9、進一步的：所述的真空管的長度范圍為60-80cm。

10、進一步的：整個系統(tǒng)在連接的過程中必須保持密封。

11、進一步的：所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，使用方法如下，其特征在于：首先將grin?lens經(jīng)過微量移液管尖部1與微量移液管尖部2貼合，再打開抽濾泵在端口實現(xiàn)負壓，移動grin?lens至合適位置后用膠水迅速將透鏡固定，關(guān)閉抽濾泵，負壓消失，grin?lens脫離設(shè)備，植入成功。

12、有益效果

13、本發(fā)明基于微型化顯微鏡在動物頭部實驗時的grin?lens的植入提供了解決方案。通過密封負壓的方法實現(xiàn)了grin?lens的移動。將grin?lens移動到動物頭部理想位置的時候，通過速干膠水固定，再取消負壓，完成植入。這種方式可以保證grin?lens在無損情況下垂直穩(wěn)定的到達所需位置，確保了成像過程的順利進行。

技術(shù)特征：

1.基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述微型化顯微鏡的腦成像固定底座包括：梯度折射率透鏡(grin?lens)(1)、微量移液管尖部1(2)、微量移液管尖部2(3)、注射器(4)、真空管(5)和抽濾泵(6)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的grin?lens(1)是直徑為2mm的1/4節(jié)距鏡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的微量移液管尖部1(2)的口徑略大于grin?lens(1)的直徑，微量移液管尖部2(3)的口徑略小于grin?lens(1)的直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的微量移液管尖部2(3)要嵌套在微量移液管尖部1(2)內(nèi)，并用膠將縫隙堵住。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的微量移液管尖部2(3)和微量移液管尖部1(2)在嵌套時要確保兩者的表面都是平的，并且有足夠的空間來放置鏡頭。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的注射器(4)頭部周圍需要涂抹膠水，便于和微量移液管尖部2(3)在嵌套時穩(wěn)定粘合且隔絕空氣。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的真空管(5)的長度范圍為60-80cm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：整個系統(tǒng)在連接的過程中必須保持密封。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，使用方法如下，其特征在于：首先將grin?lens(1)經(jīng)過微量移液管尖部1(2)與微量移液管尖部2(3)貼合，再打開抽濾泵(6)在端口實現(xiàn)負壓，移動grin?lens(1)至合適位置后用膠水迅速將透鏡固定，關(guān)閉抽濾泵(6)，負壓消失，grin?lens(1)脫離設(shè)備，植入成功。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備和方法，該植入設(shè)備由梯度折射率透鏡(GRIN?lens)、微量移液管尖部1、微量移液管尖部2、注射器、真空管和抽濾泵組成。微量移液管尖部1的口徑略大于GRIN?lens，微量移液管2的口徑略小于GRIN?lens。兩個移液管嵌套固定后與注射器相連，并經(jīng)由真空管聯(lián)通到抽濾泵。將GRIN?lens放入微量移液管尖部1內(nèi)并啟動抽濾泵，由于負壓的原因，GRIN?lens將會固定在設(shè)備上，待移動到合適的植入位置時，關(guān)閉抽濾泵，完成植入。該方案中所設(shè)計的設(shè)備實現(xiàn)了微型化顯微鏡透鏡在試驗動物頭部的植入。

技術(shù)研發(fā)人員：尚關(guān)玉,李浩宇,劉文灝,蘇德爾,李翔宇
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6