一种高效准确检测皮肤组织中NADH荧光的光纤探头的制作方法

一种高效准确检测皮肤组织中nadh荧光的光纤探头
技术领域
1.本发明涉及荧光探测领域，具体涉及一种高效准确检测皮肤组织中nadh荧光的光纤探头。


背景技术：

2.nadh(nicotinamide adenine dinucleotide)是一种化学物质，是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还原态，还原型辅酶ⅰ。n指烟酰胺，a指腺嘌呤，d是二核苷酸。nadh在维持细胞生长、分化和能量代谢以及细胞保护方面起着重要作用。并且已经证明，检测皮肤组织中的nadh水平监测新陈代谢等方面的相关信息。因此，皮肤组织中nadh水平的实时动态检测具有重要意义。
3.非侵入式测量皮肤组织中nadh含量是实现人体线粒体功能及相关疾病检测的关键。目前非侵入式皮肤组织中nadh含量的检测主要采用荧光光谱方法，其中常规光纤探头采用单一的入射光纤及收集光纤结构，采集的nadh信号弱，且受漫反射光及皮肤组织中其他成分荧光的干扰较大。因而优化光纤探头结构从而高效准确的测量皮肤组织中nadh含量，对实现准确无创检测人体线粒体功能及相关疾病有重要意义。


技术实现要素：

4.为解决以上问题，本发明提供了一种高效准确检测皮肤组织中nadh荧光的光纤探头，包括套管、收集光纤、激发光纤、填充物，套管为圆形，收集光纤置于套管的中心，激发光纤为多个，激发光纤均匀分布于套管的内壁一侧，激发光纤不与收集光纤接触，填充物填充套管内除收集光纤和激发光纤外的区域。
5.更进一步地，激发光纤的半径为100微米。
6.更进一步地，收集光纤的半径为300微米。
7.更进一步地，激发光纤和收集光纤的中心距离为550微米。
8.更进一步地，激发光纤为12个。
9.更进一步地，激发光纤的端面为斜面，靠近收集光纤一侧激发光纤低；远离收集光纤一侧激发光纤高。
10.更进一步地，在收集光纤的端面附近，收集光纤只有纤芯。
11.更进一步地，在收集光纤的端面处，收集光纤纤芯的截面面积大。
12.本发明的有益效果：本发明提供了一种高效准确检测皮肤组织中nadh荧光的光纤探头，包括套管、收集光纤、激发光纤、填充物，套管为圆形，收集光纤置于套管的中心，激发光纤为多个，激发光纤均匀分布于套管的内壁一侧，激发光纤不与收集光纤接触，填充物填充套管内除收集光纤和激发光纤外的区域。应用时，光纤探头与皮肤接触。激发光纤发出紫外光，紫外光进入皮肤，皮肤中的nadh分子产生荧光，收集光纤收集荧光，从而实现nadh分子探测。在本发明中，激发光纤围绕在收集光纤的外侧，通过扩大面积的方式增加了针对nadh分子的激发光强度，不仅提供了nadh分子荧光的强度，而且减少了对皮肤的伤害，在皮
肤组织nadh含量监测中具有良好的应用前景。
13.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
14.图1是一种高效准确检测皮肤组织中nadh荧光的光纤探头的示意图。
15.图2是蒙特卡罗模拟的nadh荧光和漫反射光强度与收集光纤半径之间的关系图。
16.图3是蒙特卡罗模拟的nadh荧光和漫反射光强度与激发光纤和收集光纤之间中心距离的关系图。
17.图4是蒙特卡罗模拟的nadh荧光和漫反射光强度与光纤探头和皮肤表面之间距离的关系图。
18.图中：1、套管；2、收集光纤；3、激发光纤；4、填充物。
具体实施方式
19.为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术作进一步详细说明。
20.实施例1
21.本发明提供了一种高效准确检测皮肤组织中nadh荧光的光纤探头，如图1所示，该光纤探头包括套管1、收集光纤2、激发光纤3、填充物4。套管1为圆形，套管1的材料为不锈钢材料。收集光纤2置于套管1的中心，收集光纤2为多模光纤，收集光纤2包括纤芯、包层、涂覆层。收集光纤2为可见玻璃光纤，可以传播可见光。激发光纤3为多个，激发光纤3均匀分布于套管1内壁的内侧。激发光纤3也为多模光纤，激发光纤3包括纤芯、包层、涂覆层。激发光纤3为紫外石英光纤。激发光纤3不与收集光纤2接触，也就是说，激发光纤3和收集光纤2之间具有一定距离。填充物4填充套管1内除收集光纤2和激发光纤3外的区域。也就是说，填充物4用以固定收集光纤2和激发光纤3。优选地，填充物4具有一定的弹性。
22.应用时，激发光纤3的一端连接紫外光源，紫外光源的波长为340纳米。收集光纤2的一端连接ccd，用以探测荧光强度。nadh分子的吸收波段大概在320纳米-380纳米之间；在波长为340纳米紫外光的激发下，nadh发出荧光，荧光的波长大概在460纳米左右，通过探测nadh分子荧光强度实现皮肤中nadh含量监测。
23.在本发明中，激发光纤3围绕在收集光纤2的外侧，通过扩大面积的方式增加了针对nadh分子的激发光强度，不仅提高了nadh分子荧光的强度，而且减少了对皮肤的伤害，在皮肤组织nadh含量监测中具有良好的应用前景。另外，本发明将激发光纤3围绕在收集光纤2的周围，减少了探头的尺寸，便于应用或集成，对人体线粒体功能及相关疾病的无创检测有重要意义。
24.实施例2
25.在实施例1的基础上，应用蒙特卡罗方法模拟了光纤探头中各部件的最优尺寸。在这些模拟中，nadh分子设定在皮肤表面以下90微米处。激发光纤3的数量为12根。
26.图2是蒙特卡罗模拟的nadh荧光和漫反射光强度与收集光纤2半径之间的关系图。激发光纤3的半径被固定为100微米。图2表明当收集光纤2的半径rc为300微米时，即可实现高效的nadh荧光信号收集。
27.图3是蒙特卡罗模拟的nadh荧光和漫反射光强度与激发光纤3和收集光纤2之间中心距离的关系图。激发光纤3的半径被固定为100微米，收集光纤2的半径被固定为300微米。图3表明当激发光纤3和收集光纤2的中心距离d为550微米时，既可以高效地收集nadh荧光信号，又可以很好地降低漫反射光的干扰，并且可以有效地降低皮肤组织中其他成分荧光的干扰。也就是说，这样设置刚好可以收集到nadh分子所在皮肤层深度的荧光，而减少了其它深度荧光物质的干扰。例如，nadh主要在表皮层，而最大的干扰物质糖基化终产物(age)在真皮层，通过这种距离的设置，可以增加nadh分子荧光信号的收集，而减少age的干扰，实现深度分辨。
28.图4是蒙特卡罗模拟的nadh荧光和漫反射光强度与光纤探头和皮肤表面之间距离p的关系图。图4表明当收集nadh分子荧光时，探头表面应于皮肤紧密接触。
29.在以上蒙特卡罗模拟中，均设定激发光纤3和收集光纤2的端面为平面，激发光纤3和收集光纤2的端面平齐。
30.实施例3
31.在实施例1的基础上，激发光纤3的端面为斜面，靠近收集光纤2一侧激发光纤3低；远离收集光纤2一侧激发光纤3高。也就是说，每个激发光纤3的端面均为斜面，并且是向收集光纤2的一侧倾斜，并且每个激发光纤3端面倾斜的角度相同。这样一来，从激发光纤3端面出射的紫外光向收集光纤2一侧倾斜，在皮肤组织中，这些紫外光更多地聚集在收集光纤2的下侧，从而增强对收集光纤2下侧nadh分子的激发，nadh分子能够产生更强的荧光，从而提高nadh分子含量探测的准确度。
32.实施例4
33.在实施例3的基础上，在收集光纤2的端面附近，收集光纤2只有纤芯。也就是说，在收集光纤2的端面附近，收集光纤2纤芯外侧的包层和涂覆层被移除。收集光纤2的纤芯裸露在外，这样增加了收集光纤2纤芯与皮肤的接触面积，便于皮肤中的nadh分子荧光更多地进入收集光纤2，从而更精确地测量皮肤中nadh分子的含量。
34.实施例5
35.在实施例4的基础上，在收集光纤2的端面处，收集光纤2纤芯的截面面积大。也就是说，收集光纤2的纤芯粗细不同：在端面处，纤芯粗，在套管1内部，纤芯正常直径。当整个光纤探头与皮肤接触时，纤芯端面和侧面与皮肤具有更多的接触面积，从而使得皮肤中的更多nadh分子荧光耦合进入收集光纤2的纤芯，进而进入收集光纤2，从而实现更精确的皮肤中nadh分子含量探测。
36.更进一步地，填充物4低于激发光纤3和收集光纤2的端面。在应用时，本发明的光纤探头置于待测皮肤的下面，也就是说皮肤置于光纤探头上。皮肤自身的重力就压在光纤探头上。当填充物低于激发光纤3和收集光纤2的端面时，不仅激发光纤3的端面和收集光纤2的端面与皮肤紧密接触，而且收集光纤2纤芯的侧面也与皮肤紧密接触，增加了皮肤与收集光纤2纤芯的接触面积，皮肤中的nadh分子荧光也可以从收集光纤2纤芯的侧面耦合进入纤芯，提高了所检测到的荧光的强度，从而实现nadh分子含量的更精确监测。
37.更进一步地，在收集光纤2的端面处，收集光纤2的纤芯为球形。在制作时，可以应用激光烧灼的方式，使得收集光纤2的纤芯融化为球形。球形纤芯突出填充物4。球形纤芯与皮肤更容易接触。当皮肤与球形纤芯接触时，皮肤中的nadh荧光更倾向于垂直角度进入球
形纤芯，从而更多地耦合进入纤芯内，提高了所探测到的荧光强度，从而实现nadh分子含量更精确的探测。
38.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。