[發明專利]一種自動鎖相模塊及熒光壽命檢測方法和裝置

有效

• 申請號: 201810388698.7
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108627484B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 舒學文;朱澤策
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種自動鎖相模塊及熒光壽命檢測方法和裝置，其中，用于時間分辨測量的自動鎖相模塊，包括光斬波器、移動平臺、透鏡，可以同時控制兩條光路的通斷狀態，因而起到自動鎖相的作用。該模塊可以用于搭建時間分辨的光譜頰側設備和成像設備，無需其它鎖相控制和脈沖光源。基于這種模塊級相關的裝置，基于時間門控測量的熒光或者磷光壽命檢測方法，可實現在同一時間段內對所有像素點的壽命進行測量，相對于單光子計數的掃描壽命成像，該方法用于壽命成像，具有更快的成像速度。此外，本方法不需要高速相機，可以用普通的圖像傳感器實現壽命成像，儀器結構相對簡單、成本較低。

技術領域

本發明屬于光學儀器制造領域，更具體地，涉及一種自動鎖相模塊及熒光壽命檢測方法和裝置。

背景技術

在熒光和磷光的測量中，一般需要構建兩個光路：光路一是激發光照射樣品的光路，即從光源發出的光會聚到樣品上，其目的是使樣品中的分子受光照激發；光路二是探測器探測樣品發光的光路，即樣品發光經過透鏡、光柵等部件后到達探測器。在穩態的測量過程中，光路一和光路二同時打開，即激發光一直照射樣品的條件下測量，這種方式可以獲得樣品發光光譜和強度的信息，但是不能得到樣品激發態壽命的信息。而時間分辨測量可以在光照結束后檢測樣品的延遲發光，即關閉光路一后，再打開光路二探測，因而降低了生物自身熒光和散射光干擾，顯著增加信噪比，具有重要的應用。隨著科學的發展，分子的激發態研究在基礎科學和檢測應用中越來約重要。人們已經發展出各種時間分辨檢測儀器(參考中國專利CN201310392018.6、CN200510092520.0、CN201180017387.6、CN201110005032.7、CN2017100426281、CN2017100977867等)，用于光物理研究及生物檢測成像。

現有的時間分辨成像的方法主要分為熒光壽命成像和時間門控成像(參考文獻：K.Y Zhang et al，Long-Lived Emissive Probes for Time-ResolvedPhotoluminescence Bioimaging and Biosensing，Chem.Rev.，2018，118，1770-1839)，其中熒光壽命成像的過程是逐個探測各個像素點的發光壽命，從而獲得壽命的空間分布圖像，由于是逐點探測，成像速度慢，其獲取圖像的時間隨著被探測熒光壽命的增加而延長，難以實時觀察。近些年發展了一些特殊的圖像傳感器，如單光子雪崩二極管(SADP)陣列、可記錄相位的CMOS傳感器等(參考文獻M.Gersbach，et al.High frame-rate TCSPC-FLIMusing a novel SPAD-based image sensor，Proc.SPIE 2010，7780，77801H；R.Franke，G.A.Holst，Frequency-domain fluorescence lifetime imaging system(pco.flim)based on a in-pixel dual tap control CMOS image sensor，Proc.SPIE 2015，9328，93281K)，同時測量所有像素點的光強，可以用于全局的熒光壽命成像，具有較快的成像速度。時間門控成像是在關閉激發光后經過一個延遲時間，再打開快門進行成像，由于是同時檢測所有像素點的延遲發光信號，其成像速度較快，所獲得的是延遲發光的強度信息，難以較準確獲得發光壽命信息。此外，上述儀器需使用掃描成像系統、時間相關的單光子計數器(time-correlated single photon counting)或條紋相機(Streak Camera)、像增強器等特殊的高速相機，這些設備時間分辨率高，但是價格昂貴，難以普及。