[發(fā)明專利]一種測(cè)量分離子流動(dòng)信息的光學(xué)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910090086.0
• 申請(qǐng)日: 2009-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN101988899A
• 公開（公告）日: 2011-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許越
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 旭月(北京)科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64;G01N21/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種通過光學(xué)手段測(cè)量樣品內(nèi)部或外部分離子流動(dòng)速率、流動(dòng)方向等流動(dòng)信息的方法，特別是涉及通過測(cè)量樣品內(nèi)部或外部不同測(cè)量點(diǎn)上分離子濃度及不同測(cè)量點(diǎn)間距離換算獲得分離子流動(dòng)信息的技術(shù)，屬光電機(jī)一體化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、農(nóng)學(xué)、材料科學(xué)等諸多基礎(chǔ)研究及實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，離子和分子的作用越來越受到重視。對(duì)分離子信息的測(cè)量已經(jīng)成為表征被測(cè)樣品相關(guān)功能與機(jī)制的重要手段。光學(xué)方法是測(cè)量分離子信息的重要方法，熒光技術(shù)、激光共聚焦技術(shù)等相應(yīng)技術(shù)都已經(jīng)比較成熟。但現(xiàn)有光學(xué)方法對(duì)分離子的測(cè)量所獲得的都是分離子的靜態(tài)濃度信息，而分離子在實(shí)際被測(cè)樣品中通常是以流動(dòng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)存在，僅對(duì)靜態(tài)濃度信息的檢測(cè)往往不能最真實(shí)的反映被測(cè)樣品的實(shí)際狀況。

以微電極為測(cè)量手段，直接檢測(cè)被測(cè)樣品分離子流動(dòng)速率、流動(dòng)方向等流動(dòng)信息的方法已有報(bào)道。但該方法受到微電極工藝水平的限制，目前可以測(cè)量的分離子種類還比較有限；而且由于微電極測(cè)量方式本身的限制，一般只能測(cè)量被測(cè)樣品外部的分離子流動(dòng)信息，存在一定的局限性。

分離子流動(dòng)信息一般指某一測(cè)量點(diǎn)上分離子流動(dòng)速度矢量值，實(shí)際測(cè)量中可用分離子流動(dòng)速率和流動(dòng)方向來表征。流動(dòng)速率指流動(dòng)速度大小的絕對(duì)值，流動(dòng)方向指分離子運(yùn)動(dòng)的指向。流動(dòng)速率測(cè)量的理論基礎(chǔ)是Fick擴(kuò)散定律，其基本公式可表示為J₀＝-D·dc/dx，D是某種離子或分子已知的擴(kuò)散常數(shù)，dc表示兩點(diǎn)間的濃度差(更嚴(yán)格的說，應(yīng)為活度差)，dx表示兩點(diǎn)間的距離。Fick擴(kuò)散定律有效的dx范圍一般為5-35微米。流動(dòng)方向測(cè)量的理論基礎(chǔ)是分離子總是由高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)(由于一般環(huán)境中的電磁場(chǎng)非常微弱，離子帶電導(dǎo)致的電磁運(yùn)動(dòng)可忽略不計(jì))。因此實(shí)際測(cè)量中，對(duì)某一測(cè)量點(diǎn)分離子流動(dòng)速率和流動(dòng)方向的測(cè)量需要借助該測(cè)量點(diǎn)和臨近的其他測(cè)量點(diǎn)上的分離子濃度信息。

隨著光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和光電技術(shù)的逐步成熟，光學(xué)方法如激光共聚焦技術(shù)、熒光技術(shù)等已經(jīng)能夠非常精確的測(cè)量樣品內(nèi)部或外部不同測(cè)量點(diǎn)上分離子的濃度信息，目前測(cè)量精度已達(dá)到10^-9量級(jí)。相應(yīng)的光學(xué)信息采集裝置，如全自動(dòng)影像追蹤系統(tǒng)等，已經(jīng)形成商業(yè)化產(chǎn)品。這些產(chǎn)品不僅能夠采集反映不同測(cè)量點(diǎn)上分離子濃度的光學(xué)信息，還能夠精確確定不同測(cè)量點(diǎn)間的距離。利用不同測(cè)量點(diǎn)上的分離子濃度及測(cè)量點(diǎn)間的距離信息，可以換算得出分離子的流動(dòng)信息。但是，基于上述原理測(cè)量分離子流動(dòng)信息的光學(xué)方法還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提供一種測(cè)量分離子流動(dòng)信息的光學(xué)方法，包括顯微鏡、光信號(hào)采集單元以及數(shù)據(jù)分析/控制單元。

下面具體說明本發(fā)明各單元的部件及連接關(guān)系。

所述的顯微鏡要求能夠通過光學(xué)手段反映被測(cè)樣品內(nèi)部或外部不同測(cè)量點(diǎn)上的分離子濃度信息，能實(shí)現(xiàn)這一功能的顯微鏡包括熒光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡等等。

所述的光信號(hào)采集單元是一種光電硬件設(shè)備，要求既能夠采集顯微鏡反映被測(cè)樣品內(nèi)部或外部不同測(cè)量點(diǎn)上分離子濃度信息的光學(xué)信號(hào)，還能夠確定上述不同測(cè)量點(diǎn)間的距離，精確程度至少達(dá)到微米級(jí)。能實(shí)現(xiàn)以上功能的硬件設(shè)備包括全自動(dòng)影像追蹤系統(tǒng)或其他形式的追蹤系統(tǒng)等等。

所述的數(shù)據(jù)分析/控制單元包括軟件單元及硬件單元，硬件單元是軟件單元的物質(zhì)載體，軟件單元通過硬件單元發(fā)揮功能。軟件單元集成了光學(xué)信號(hào)分析、流動(dòng)信息換算、被測(cè)樣品運(yùn)動(dòng)控制等功能，既可以分析光信號(hào)采集單元采集的光學(xué)信號(hào)，換算成為分離子的流動(dòng)信息，又可以依據(jù)預(yù)先設(shè)定的測(cè)量要求發(fā)出控制信號(hào)給顯微鏡，控制顯微鏡對(duì)焦及被測(cè)樣品的移動(dòng)。

各單元的連接關(guān)系為：顯微鏡、光信號(hào)采集單元分別和數(shù)據(jù)分析/控制單元連接，顯微鏡和光信號(hào)采集單元相互連接。

測(cè)量開始后，光信號(hào)采集單元采集顯微鏡反映被測(cè)樣品內(nèi)部或外部不同測(cè)量點(diǎn)上分離子濃度信息及不同測(cè)量點(diǎn)距離信息的光學(xué)信號(hào)，將該光學(xué)信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析/控制單元。數(shù)據(jù)分析/控制單元分析該光學(xué)信號(hào)換算得出被測(cè)樣品內(nèi)部或外部分離子流動(dòng)信息。測(cè)量過程中，顯微鏡既可以手動(dòng)調(diào)焦及移動(dòng)樣品，也可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析/控制單元發(fā)出的控制信號(hào)自動(dòng)對(duì)焦及控制被測(cè)樣品運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程自動(dòng)化。

本發(fā)明采用光學(xué)技術(shù)進(jìn)行樣品分離子流動(dòng)信息的測(cè)量，被測(cè)樣品范圍涵蓋任何能夠通過光學(xué)手段反映其內(nèi)部或外部不同測(cè)量點(diǎn)上分離子濃度信息的樣品，既可以是細(xì)胞、組織、器官等生物活體樣品，也可以是非生物體樣品。