[發明專利]基于液態聲光透鏡的紅外多模態顯微裝置及其顯微方法

在審

• 申請號: 202010488047.2
• 申請日: 2020-06-02
• 公開（公告）號: CN111610148A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 祝家瑩;王雙;常超;王睿星
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01N21/84;G01N21/17;G01N21/3563;G01N21/359
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種基于液態聲光透鏡的紅外多模態顯微裝置及其顯微方法，該裝置包括近紅外反射型共聚焦顯微單元、近紅外反射型光聲顯微單元、中紅外透射型光聲顯微單元、控制單元(22)以及顯示單元(23)；采用新型液態聲光透鏡的方法，光波和聲波能夠通過具有相同折射率的兩種不同液體的界面，擁有相同的相對聲學和光學折射率，實現光學照明與聲學探測的同軸共焦配置。與現有技術相比，本發明提高了成像靈敏度探測，進而實現近紅外反射型共聚焦顯微、近紅外反射型光聲顯微、中紅外透射型光聲顯微的多光譜成像，進而預測分子的靶向性，增加信噪比以及較深穿透深度，在生物樣品組織、細胞學研究領域提供全面和互補的結構和功能信息。

技術領域

本發明涉及生物組織及細胞顯微成像研究領域，特別是涉及紅外多模態顯微裝置及其顯微方法。

背景技術

為了實現光路照明和聲波探測的同軸共焦配置，光學分辨的光聲系統通常使用一個由分離的聲波透鏡和物鏡所構成的特殊組合、利用其反射/透射聲波和透射/反射光束去實現聲波和光波的聚焦，因此使得系統變得笨重和復雜。

近年來，激光共聚焦掃描成像和激光光聲顯微成像得到快速發展，但還是受限于可見光波段(400nm-780nm)，受到生物樣品組織自發熒光的影響而導致對比度降低；同時，生物樣品組織主要受成像深度的限制，在可見光窗口光吸收中起著更大的作用；因此，有機化合物最好使用近紅外光譜探測(780nm到2500nm)，近紅外吸收帶產生于C-O、O-H以及C-H組合，因而近紅外是更適合于測量物體的內部信息，可以減少不必要的自熒光，也允許在組織內更深的深度成像。隨著激發波長的增加，血紅蛋白以外的組織成分如水、脂質的吸收占主導地位，當波長達到中紅外(3000-5000nm)時，水和脂質的強烈吸收使生物組織內的多種化學和結構信息具有高分辨率、高對比度的光聲顯微成像；

基于光學散射對比度原理的激光掃描共聚焦顯微技術利用空間濾波器(探測端小孔)來消除離焦的雜散光，利用光電倍增管收集感興趣的衍射限制點，進而提供光學切片能力，能夠識別生物組織與細胞變化所必須的空間分辨率；但激光共聚焦顯微技術很難看到活體組織中的深層結構，因為光在生物組織中高度分散和吸收，而這些組織通常位于表面之下超過1mm，觀察較深組織不充分。

激光掃描光聲成像技術基于光聲效應將激光束緊密聚焦在生物組織中，生物組織中光吸收通過熱彈性膨脹轉化為聲波，PVDF超聲換能器采集聲信號形成一維深度信息，再利用平臺掃描成像三維信息，光聲成像只對光吸收敏感，豐富光學對比度優勢、較深的穿透深度以及高空間分辨率，常見生物的內源性組織吸收是血紅蛋白、肌紅蛋白、黑色素、脂質和水；但其對所獲得的圖像不能提供結構的背景信息。

發明內容

結合現有技術的各項優點和缺點和針對生物組織和細胞研究，本發明提出一種基于液態聲光透鏡的紅外多模態顯微裝置及其顯微方法，通過近紅外(780nm～2500nm)反射型共聚焦顯微子系統、近紅外(780nm～2500nm)反射型光聲顯微子系統、中紅外(3000nm～5000nm)透射型光聲顯微單元以及控制顯示單元，實現了紅外多模態顯微成像，以及結合多光譜成像算法，提供全面和互補的結構和功能信息。

本發明的一種基于液態聲光透鏡的紅外多模態顯微裝置由以下技術方案實現：

一種基于液態聲光透鏡的紅外多模態顯微裝置，該裝置包括近紅外反射型共聚焦顯微單元、近紅外反射型光聲顯微單元、中紅外透射型光聲顯微單元、控制單元22以及顯示單元23：所述近紅外反射型共聚焦顯微單元由依序連接的寬帶近紅外激光器1、可調諧濾波器2、第一透鏡3、半反半透鏡5、PMT7、光束整形器8和液態聲光透鏡10構成，所述第一透鏡3和所述半反半透鏡5之間設置有照明小孔4，所述半反半透鏡5和所述PMT7之間設置有探測端小孔6，所述液態聲光透鏡10具體包括導電內液介質11和非導電的外液介質12，通過給介電電泳驅動裝置13供電，使其液-液界面曲率發生變化；