一种活体荧光信号的记录装置及方法与流程

本发明属于在生物可见光成像技术领域中的中枢神经系统活体荧光信号记录，具体涉及一种活体荧光信号的记录装置及方法。

背景技术：

随着基因技术的兴起，光基因、逆转录病毒示踪、基因敲除和基因治疗等一系列新兴技术在神经科学的研究中扮演着重要的角色。所有这些技术的实现都要依靠向靶器官注射不同的载体病毒来实现，而这些病毒能否成功转染目的细胞常成为决定实验操作成败的关键。通常我们用荧光信号来检测病毒是否转染了目的细胞，是否在实验动物体内正常工作以及感染组织的范围有多大。在以往的荧光信号检测中通常需要牺牲动物来验证获得组织标本，之后在经过一系列的固定、脱水和切片，最后将制作好的组织切片载玻片置于荧光显微镜下逐一观察。这样不仅费时费力而且成本昂贵(在进行猕猴等高等动物实验时)，尤其在神经研究领域，常要求研究人员在完成病毒转染操作后继续观察同一实验动物的行为学或其他测量指标，或者研究人员往往需要观察的是某一过程的连续变化情况。以往，研究人员一般通过对一批动物进行同样的处理，在需要观察的不同时期牺牲动物以获得标本。这样的方法不仅成本巨大，耗时耗力，又避免不了个体之间个体差异的因素。这样就不能提前处死动物检测病毒转染是否成功，只能继续完成所有实验后再行检测。这样将浪费大量的增加工作量，降低实验效率。

在实际的科研过程当中，特别是在灵长类动物实验当中，宝贵的灵长类动物资源决定这是一项很难完成的工作。在以病毒为载体的转基因实验中，如何在活体中观察荧光信号，特别是针对深部脑组织中的活体荧光信号进行观察，进而观察病毒在实验动物体内的表达情况和转入基因的表达情况，对于转基因过程的质量把控，提高后期实验的成功率都有极大的意义。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可以在活体连续观察荧光信号的装置和方法，特别是一种活体荧光信号的记录装置及方法。

本发明的技术方案：一种活体荧光信号的记录装置及方法，包括激发光光源及检测装置两部分。首先，插入动物脑组织为一组精密加工的光纤束，其中一根光纤用于连接激光器传递激发光，另一组光纤用来接受并传输脑内的荧光信号，激发产生的荧光同时通过这组光纤传出，经过滤光装置滤除背景光信号后进入光谱仪，便可在活体动物脑内记录到实时的荧光信号。通过插入动物脑组织的光纤束，其中一根光纤用于连接激光器传递激发光，另一组光纤用来接受并传输脑内的荧光信号，激发产生的荧光同时通过这组光纤传出，经过滤光装置滤除背景光信号后进入光谱仪，便可在活体动物脑内记录到实时的荧光信号。

事先在动物脑内埋植套管，之后将该光纤束插入套管内并连接激光发射器和光谱仪及可在活体脑内检测到荧光信号，并能实时观测此荧光信号的强弱变化(可用于Gcamp等功能蛋白荧光的检测)。

本发明具有以下显著特点：

1.观察荧光信号无需牺牲实验动物。该装置的光源部分和荧光信号记录部分是两个分开的、并且分别可调的独立装置。利用该装置的便携性和灵活性，无需牺牲动物制作组织切片。

2.广泛的应用范围。针对不同的荧光蛋白，研究人员只需在光源部分更换不同的滤镜以获得不同波长的激发光，在记录部分也更换特定波长的滤镜，就可以实现对不同荧光蛋白荧光信号的记录。另外，通过选择不同直径的光纤，可以控制光源照射的范围，由此可以实现各种范围的荧光信号记录。

3.造价低于大部分现有的荧光信号记录装置。该装置主要包含一个激发光光源、滤光片、光纤，和一台光谱仪。

4.可以实现在体的荧光信号收集，特别是可以实现对大型动物颅内深部组织的荧光信号活体采集。

附图说明

图1是本发明所述活体荧光信号的记录装置的原理示意图；

图2是利用本发明插入动物脑组织的光纤结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例所述活体荧光信号的记录装置，包括光源和检测装置两部分。光源部分包括一台激光发射器和传输光纤，传输光纤的末端连接插入光纤，此插入光纤为一外壳由不锈钢包裹的光线束，其中部分光纤用于激发光的投射，其余光纤用于采样收集荧光信号。检测装置包括一个滤光装置(滤光片组)、一台光谱仪和传输光纤。

本发明使用的滤光装置包括避光罩，以及卡在滤光片槽上的滤光片，连接该装置的SMA接口，该滤光片可随时更换。该装置两端连接光纤，猴脑内传出的荧光通过此装置后，可将目的荧光以外的背景光信号滤除。同时也可在激光器端连接一个该滤光装置，用于产生特定波长的激光。

具体实施过程中，事先通过手术在猕猴脑内埋入与插入光纤(结构如图2所示)相匹配的套管至观测目标区域附近，插入光纤通过套管插入至猴脑待观测区域。激发光通过传输光纤和插入光纤导入猴脑待观测区。激发产生的荧光信号通过光纤和滤光装置(滤光片组)再经过光纤进入光谱仪，其中部分投射进猴脑的激发光经反射后也经过光纤传出，但在经过滤光镜时被阻挡，因此只有激发后产生的荧光进入光谱仪，分析光谱仪信号便能得知荧光信号情况。

插入猴脑组织的光纤结构示意图如图2所示，该光纤由6根相同芯径的光纤束组成。图中的两组光纤束12、13，其中一组用于传递激发光，另外一组用于接收激发出来的荧光，在光纤外面的金属套管11，用来保护光纤。该光纤插入猴脑深度可调，在光纤金属套管上设置若干个金属圈(图中未显示)，每个金属小圈厚度为0.5mm，通过控制增加在金属套管上的金属圈数量，便可调节光纤的插入深度。

在使用时，套管埋置于猴脑中，光纤从套管插入猴脑可保持准确性。套管外围设有胶管和管盖，测量完成后可盖上管盖起保护作用。另外，光纤的可拔插性可以对荧光进行多次重复测量，从而实时了解荧光表达情况。

本发明通过激光器、光纤、滤片组的组合，提供了一种可以简单在活体上检测荧光信号的途径，且检测深度可调控，可重复测量。对于转基因过程的质量把控，提高后期实验的成功率都有极大的意义。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。