一种用于单细胞流荧光成像的方法及装置

(一)本发明涉及的是一种用于单细胞流荧光成像的方法及装置，可用于单细胞流的荧光成像，属于生物细胞分析。

背景技术：

0、(二)背景技术

1、单个细胞在亮场显微镜下缺乏足够的对比度，因此常常造成成像困难。因此，染色剂和荧光染料经常被用来增强对比度，但往往会破坏活细胞的活性。另一种方法是通过细胞与其背景的折射率差来产生相位图像，从而实现细胞成像。相位对比和差分干涉对比显微镜已被证实是细胞术的非常强大的成像系统。然而，这些成像技术记录了定性的相位信息。

2、近来，有一些使用衍射相位成像、数字全息显微镜和基于光强传输方程成像的定量相位成像的报道。基于光强传输方程的技术具有以下独特的优点:它是非干涉技术，计算简单，适用于部分相干源，不需要相位展开。它利用在不同焦深处捕获的一系列图像计算光强沿光轴的导数，并通过二阶偏微分方程将其与相位联系起来。为了获得焦点堆栈，相机或物体都要进行机械平移，这限制了该技术对静态物体的适用性。

3、生物细胞的分选在科学研究、临床诊断和治疗中具有重要的现实意义,流式细胞分选仪是细胞分选方法重要分支,传统的流式细胞分选仪是传统流式细胞分析仪技术基础上,增加分选装置,依据细胞标记物的不同,将细胞分类收集的仪器。由于传统细胞流式分选仪通常采用细胞所标记的荧光类型作为分类标签，因此属于有标记的细胞分选方法。

4、随着科学进步与研究的深入，人们普遍认识到最大限度地收集荧光来成像的重要性，但在目前的显微镜实现中，许多携带信号的光子仍然被浪费了。2020年，阿维胡·梅尔·加姆利尔等人，公开了一种用于生物组织荧光成像的系统和方法，用照射模式照射生物组织内的预定位置，该照射模式包括预定的激发波长范围，该激发波长范围被选择为基本上同时诱发生物组织中天然存在的两种或更多种预定不同类型的生物物质的两种或更多种自体荧光响应，以使得能够检测生物组织对所述照射模式的组合光谱响应。2022年，王强斌等人公开了一种光学操控与荧光的成像系统以及成像方法。同年，许元军等人公开了一种全场x射线荧光成像分析或x射线衍射分析装置及方法，能够在一台x射线衍射分析装置中实现全场x射线荧光成像分析。

5、从上述公开专利来看，系统大多采用空间光学原件构成，系统复杂不易集成。

6、本发明公开了一种用于流式单细胞流荧光成像的方法及装置，可用于流式荧光成像。将单细胞流与荧光激发光路集成在中空环形芯光纤上，荧光收集采用一根环形分布多芯光纤实现。实现了紧凑的单细胞成像光路的集成化，为流式细胞仪的微小型化奠定了技术基础。

技术实现思路

0、(三)
技术实现要素：

1、本发明的目的在于提供一种结构紧凑、操作简单方便的用于单细胞流荧光成像的方法及装置。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种用于单细胞流荧光成像的方法及装置，其特征是：它由操作腔(1)，激光器(2)，脉冲压缩器(3)，光纤连接器(4)，中空环形芯光纤(5)，环形分布多芯光纤(6)，滤光片(7)，光电倍增管(8)，微流泵(9)，细胞注入孔(10)和计算机(11)组成。细胞通过细胞注入孔注入中空环形芯光纤的空气孔中，激光器发出的光经过脉冲压缩器后由光纤连接器注入中空环形芯光纤的环形芯中，用于激发单细胞流的荧光信号。荧光信号由环形分布多芯光纤传输至光电倍增管接收，光电倍增管前面有滤光片用于滤除杂散光，光电倍增管与计算机相连，计算机中有定制化软件，用于获取荧光图像。

4、所用的激光器是钛：蓝宝石激光器。

5、脉冲压缩器由一对棱镜组成，利用一对棱镜对激光脉冲进行预啁啾，以补偿光束传输路径中的脉冲展宽。

6、细胞注入孔是利用飞秒激光微加工系统在中空环形芯光纤侧面精密加工实现，用于将细胞注入空气孔中。

7、中空环形芯光纤的端面排布方式为：中间是一个空气孔，外面是环形纤芯。

8、细胞液通过微流泵注入到中空环形芯光纤的空气孔中。

9、中空环形芯光纤的光纤端加工有锥台，将环形纤芯中的光线会聚到一点，激发细胞荧光，此外，光经过锥台后会形成漏斗形的锥形光场，可以引导粒子以单细胞流的形式经过会聚点。

10、环形分布多芯光纤的端面分布方式为：中间一根纤芯，四周环形分布有8根纤芯。

11、环形分布多芯光纤的光纤端通过研磨的方式加工有锥台，为了更多的将荧光信号收集到光纤中。

12、n根纤芯理论上期望最大增益gmax可表示为：

13、

14、其中：

15、

16、

17、因此，最大增益gmax可化简为：

18、

19、其中，nacore是纤芯的数值孔径，naf是环形分布纤芯的数值孔径。

20、计算机中有用labview环境下编写的定制软件，用于获取荧光图像。

21、与现有技术相比，本发明的突出优点在于：

22、(1)提出了一种用于流式单细胞流荧光成像的方法及装置，可用于流式荧光成像。实现了紧凑的单细胞成像光路的集成化，为流式细胞仪的微小型化奠定了技术基础。

23、(2)兼容性强，若将装置中的滤光片与光电倍增管(pmt)改成光纤连接器，每根纤芯都接一个光电探测器，可以实现细胞的荧光、散射光测量。

24、(3)容易实现，成本低，组装方便。

技术特征：

1.一种用于单细胞流荧光成像的方法及装置，其特征是：它由操作腔(1)，激光器(2)，脉冲压缩器(3)，光纤连接器(4)，中空环形芯光纤(5)，环形分布多芯光纤(6)，滤光片(7)，光电倍增管(8)，微流泵(9)，细胞注入孔(10)和计算机(11)组成，细胞通过细胞注入孔注入中空环形芯光纤的空气孔中，激光器发出的光经过脉冲压缩器后由光纤连接器注入中空环形芯光纤的环形芯中，用于激发单细胞流的荧光信号，荧光信号由环形分布多芯光纤传输至光电倍增管接收，光电倍增管前面有滤光片用于滤除杂散光，光电倍增管与计算机相连，计算机中有定制化软件，用于获取荧光图像。

2.根据权利要求1所述的一种用于单细胞流荧光成像的方法及装置，其特征是：中空环形芯光纤(5)的端面排布方式为中间是一个空气孔，外面包层中有一个环形纤芯，且光纤端加工有锥台。

3.根据权利要求1所述的一种用于单细胞流荧光成像的方法及装置，其特征是：环形分布多芯光纤(6)的端面分布方式为中间一根纤芯，四周环形分布有8根纤芯，且光纤端加工有锥台。

4.根据权利要求1所述的一种用于单细胞流荧光成像的方法及装置，其特征是：细胞注入孔(10)是利用飞秒激光微加工系统在中空环形芯光纤的侧面加工而成。

技术总结
本发明提供的是一种用于单细胞流荧光成像的方法及装置。其特征是：它由操作腔，激光器，脉冲压缩器，光纤连接，中空环形芯光纤，环形分布多芯光纤，滤光，光电倍增管，微流泵，细胞注入和计算组成。细胞通过细胞注入孔注入中空环形芯光纤的空气孔中，激光器发出的光经过脉冲压缩器后由光纤连接器注入中空环形芯光纤的环形芯中，用于激发单细胞流的荧光信号，荧光信号由环形分布多芯光纤传输至光电倍增管接收。本发明可用于单细胞流的荧光成像，可广泛用于生物细胞分析等领域。

技术研发人员：苑立波,杜佳豪
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15