[發(fā)明專利]一種量子點空間示蹤測溫系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910349429.4
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110081996B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 李本強;朱紹沖;江新兵;楊歡;于偉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00;G01N21/64
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種量子點空間示蹤測溫系統(tǒng)及方法，在暗場環(huán)境中，使用激光器激發(fā)標記在細胞樣品中的量子點探針，通過物鏡顯微放大后再經半反半透鏡將光路一分為二，一路采用光學相位調制法獲取分散在樣品細胞內量子點的三維空間位置信息，由EMCCD在圖像模式下一定頻率的采集不同時刻下的圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)量子點三維空間定位和示蹤；第二路采用光譜儀獲取量子點的熒光強度與波長信息，由EMCCD在光譜模式下同步地采集不同時刻下的光譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)量子點的光熱特性得到量子點的實時溫度，兩個EMCCD分別將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機，由計算機將不同時刻下量子點的位置與溫度匹配，完成對量子點空間示蹤測溫。實現(xiàn)對細胞內量子點高精度的三維空間示蹤及同步測溫。

技術領域

本發(fā)明屬于微納測溫及三維示蹤技術領域，具體涉及一種量子點空間示蹤測溫系統(tǒng)及方法。

背景技術

細胞是生命活動的基本單元，而細胞參與生命活動的基礎是細胞內外大量生物大分子之間的相互作用。同時，細胞中存在著各種生化反應，在其三維空間結構中必然存在著溫度變化，這種溫度梯度能夠反映細胞各個器官的熱力學特性和功能乃至整個生命現(xiàn)象的狀態(tài)變化。若有一種方法可以跟蹤粒子并感知實時的溫度，將為研究細胞內各種生命活動過程提供有效手段。然而，目前現(xiàn)有的單粒子示蹤技術大多利用熒光微球等粒子在亞細胞層次上通過光學手段可實現(xiàn)二維空間和時間尺度(x-y-t)上運動的相關信息，而且針對細胞內測溫大多采用微體積溫度計，只適用于整體測溫，而不能實現(xiàn)對細胞內單粒子的跟蹤測溫。

量子點作為一種熒光探針標記工具，利用其光熱特性可以用于溫度測量。目前已有學者將其作為溫度探針，通過熒光強度峰值波長與溫度的關系獲得細胞整體溫度。粒子示蹤方面，目前多為二維平面內的示蹤，常見的熒光共聚焦掃描技術和隨機光學重構技術都需要對樣品進行分層掃描，無法實現(xiàn)對細胞內量子點的實時三維空間定位跟蹤。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種量子點空間示蹤測溫系統(tǒng)及方法，能夠在微納尺度下對細胞內量子點實現(xiàn)高精度三維空間跟蹤并實時監(jiān)測該量子點溫度。

本發(fā)明采用以下技術方案：

一種量子點空間示蹤測溫方法，在暗場環(huán)境中，使用激光器激發(fā)標記在細胞樣品中的量子點探針，通過物鏡顯微放大后再經半反半透鏡將光路一分為二，一路采用光學相位調制法獲取分散在樣品細胞內量子點的空間位置信息，由一個EMCCD在圖像模式下一定頻率的采集不同時刻下的圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)量子點三維空間定位和示蹤；第二路采用光譜儀獲取量子點的熒光強度與波長信息，由第二個EMCCD在光譜模式下同步地采集不同時刻下的光譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)量子點的光熱特性得到量子點的實時溫度，兩個EMCCD分別將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機，由計算機將不同時刻下量子點的位置與溫度匹配，完成對量子點的空間示蹤測溫。

具體的，包括以下步驟：

S1、將已被量子點標記的細胞樣品置于載物臺上，通過目鏡觀察成像，調整載玻片位置，調整物鏡的工作距離使成像清晰；

S2、平移載玻片，將兩個EMCCD設置為實時成像模式，觀察并尋找量子點清晰可辨的區(qū)域，并在該區(qū)域中尋找分散的可識別的單個或若干量子點，將其作為測量對象，并移至視場中心；

S3、將兩個EMCCD設置相同的采集頻率，并將與光譜儀連接的EMCCD設置為光譜模式，同時觸發(fā)，激光器采用連續(xù)激發(fā)的方式，兩個EMCCD同步采集經過相位片調制的量子點成像和經過光譜儀的光譜圖；

S4、經相位片調制后的量子點成像由單個亮點變?yōu)閹в衵軸信息旋轉角的雙斑；然后計算機對不同時刻采集到的圖像進行處理，得到每個量子點的運動軌跡；

S5、經光譜儀得到的光譜圖包含不同波長下熒光強度的信息，計算機根據(jù)量子點的光熱特性得到每個量子點的環(huán)境溫度，依次對不同時刻的光譜圖處理得到量子點環(huán)境溫度與時間的關系；