一种运动单粒子的荧光寿命信息获取方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于光学显微成像技术领域，提供了一种运动单粒子的荧光寿命信息获取方法及系统。该方法包括：对样品进行宽场激发，获取样品中被激发的运动单粒子的荧光图像，对荧光图像中的运动单粒子进行定位，根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的运动单粒子进行扫描，根据扫描结果获取运动单粒子的荧光寿命信息，判断运动单粒子的位置是否超出预置的检测范围，若否，则执行获取样品中被激发的运动单粒子的荧光图像的步骤。相较于现有技术，本发明专利技术能够根据对单粒子的定位结果，实时调整扫描区域，从而实时掌控运动单粒子的运动位置并据此获取其荧光寿命信息，解决了现有技术中无法检测运动粒子的寿命信息的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种运动单粒子的荧光寿命信息获取方法及系统
本专利技术属于光学显微成像
，尤其涉及一种运动单粒子的荧光寿命信息获取方法及系统。
技术介绍
光学显微成像技术早已成为生命科学研究领域的重要工具，随着科技的发展和对生命结构认识的不断深入，人们对光学成像方法的要求也逐渐提高。在诸多光学成像方法中，荧光寿命显微成像技术由于不受激发光强度、荧光团浓度以及光漂白等因素的影响而受到广泛关注。由于粒子的荧光寿命与粒子所处的微环境密切相关，因此可根据荧光寿命值对粒子所处的微环境中的许多物理、生化参量进行定量测量，比如PH值、离子浓度等。然而这种技术目前由于多采用扫描方式，单幅图像的采集时间受单像素采集到的光子数限制，一般最少在几秒到几十秒的量级，有的样品甚至需要几分钟，因此一般不能用来对运动粒子的寿命进行成像，更无法对运动粒子在细胞内运动过程中与微环境的相互作用进行快速实时的监测(如研究特定蛋白沿微管运动过程中与周围微环境的相互作用情况等)。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于提供一种运动单粒子的荧光寿命信息获取方法及系统，旨在解决现有技术中无法检测运动粒子的荧光寿命变化信息的问题。本专利技术实施例第一方面提供了一种运动单粒子的荧光寿命信息获取方法，所述方法包括：对样品进行宽场激发；获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像；对所述荧光图像中的所述运动单粒子进行定位；根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的所述运动单粒子进行扫描，根据扫描结果获取所述运动单粒子的荧光寿命信息；判断所述运动单粒子的位置是否超出预置的检测范围，若否，则执行所述获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像的步骤。本专利技术实施例第二方面提供了一种运动单粒子的荧光寿命信息获取系统，所述系统包括：宽场激发模块，用于对样品进行宽场激发；图像获取模块，用于获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像；定位模块，用于对所述荧光图像中的所述运动单粒子进行定位；扫描模块，用于根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的所述运动单粒子进行扫描；寿命获取模块，用于根据扫描结果获取所述运动单粒子的荧光寿命信息；判断模块，用于判断所述运动单粒子的位置是否超出预置的检测范围，若否，则获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像。从上述本专利技术实施例可知，本专利技术通过对样品进行宽场激发，获取样品中被激发的运动单粒子的荧光图像，对荧光图像中的运动单粒子进行定位，根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的运动单粒子进行扫描，根据扫描结果获取运动单粒子的荧光寿命信息，判断运动单粒子的位置是否超出预置的检测范围，若否，则执行获取样品中被激发的运动单粒子的荧光图像的步骤。相较于现有技术，本专利技术能够根据对单粒子的定位结果，实时调整扫描区域，从而实时掌控运动单粒子的运动位置并据此获取其荧光寿命信息，解决了现有技术中无法检测运动粒子的寿命信息的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图1是本专利技术第一实施例提供的运动单粒子的荧光寿命信息获取方法的实现流程示意图；附图2是本专利技术第二实施例提供的运动单粒子的荧光寿命信息获取方法的实现流程示意图；附图3是本专利技术第三实施例提供的运动单粒子的荧光寿命信息获取系统的结构示意图；附图4是本专利技术第四实施例提供的运动单粒子的荧光寿命信息获取系统的结构示意图；附图5是本专利技术第四实施例提供的运动单粒子的荧光寿命信息获取系统的具体结构示意图；附图6是甘油实验中荧光珠的运动轨迹图；附图7是甘油实验中荧光珠的荧光寿命轨迹图。具体实施方式为使得本专利技术实施例的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅附图1，附图1为本专利技术第一实施例提供的运动单粒子的荧光寿命信息获取方法的实现流程示意图。如附图1所示，该方法主要包括以下步骤：S101、对样品进行宽场激发；宽场激发是指宽场照明激发，是以激光或汞灯为激发光源对样品进行照射。具体地，在本步骤中需要使用荧光探针，该荧光探针应满足尺寸较小的同时具有较高的光子效率，可以选用小尺寸的荧光珠或量子点等。将荧光探针与样品中所要观察的目标物进行特异性结合(如在研究特定蛋白沿微管运动过程中，将荧光粒子与蛋白进行特异性结合)，采用宽场照明激发方式激发荧光粒子。S102、获取样品中被激发的运动单粒子的荧光图像；通过电荷耦合器件(Charge-CoupledDevice，CCD)、增强型电荷耦合器件(IntensifierCharge-CoupledDevice，ICCD)、电子倍增电荷耦合器件(ElectronMultiplyingCharge-CoupledDevice，EMCCD)或其他面阵探测器接收样品所被照射区域内所有荧光信号，并进行快速成像。S103、对荧光图像中的运动单粒子进行定位；通过单粒子定位算法得到荧光粒子的精确坐标位置信息，可达纳米级定位精度。单粒子定位能够实现横向达到纳米级的定位精度。虽然对于显微系统来说，一个点光源的像为由系统点扩展函数(PSF)决定的艾里斑，但是点光源的空间位置可以通过其荧光图像的质心求出，定位精度(标准差)和系统探测到的来自该点源的光子数的平方根成反比，与系统本身点扩散函数的标准差成正比，因此可以获得高达纳米的定位精度。横向的单粒子定位也可以直接用高斯函数拟合实现。轴向单粒子定位需要结合某些轴向分辨辅助手段，例如改造点扩展函数，使得不同轴向位置上的点扩展函数携带有z轴的坐标信息，例如利用柱面镜像散或螺旋点扩展函数等，也能将轴向分辨率提高到50纳米甚至更高的水平。S104、根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的运动单粒子进行扫描，根据扫描结果获取运动单粒子的荧光寿命信息；控制声光偏转器迅速将入射的脉冲激光聚焦到S103步骤中得到的荧光粒子的坐标位置，并以该荧光粒子坐标为中心的一个预设的微小区域进行扫描，以激发荧光粒子。该微小区域可以是一个9×9像素的区域。荧光粒子被激发后所发出的荧光，经光电倍增管和时间相关单光子计数器记录后，在终端中得到扫描区域中每个像素的荧光光子随时间分布情况。在终端中对每个像素探测到的荧光光子计数结果进行数据拟合处理，即可获得运动荧光粒子的荧光寿命信息。根据光子随时间的分布信息，通过负指数函数拟合，从而得到发光分子的荧光寿命。单组分拟合公式为I(t)＝I0e-t/τ，其中t为时间，τ为荧光寿命，I0为t＝0时的荧光强度，I(t)为t时刻的荧光强度；双组分拟合公式为I(t)＝I0(a1e-t/τ1+a2e-t/τ2)，其中a1为第一组分的占比，τ1为第一组分的荧光寿命，a2为第二组分的占比，τ2为第二组分的荧光寿命；其余多组分拟合公式可类推。S105、判断运动单粒子的位置是否超出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运动单粒子的荧光寿命信息获取方法，其特征在于，所述方法包括：对样品进行宽场激发；获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像；对所述荧光图像中的所述运动单粒子进行定位；根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的所述运动单粒子进行扫描，根据扫描结果获取所述运动单粒子的荧光寿命信息；判断所述运动单粒子的位置是否超出预置的检测范围，若否，则执行所述获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种运动单粒子的荧光寿命信息获取方法，其特征在于，所述方法包括：对样品进行宽场激发；获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像；对所述荧光图像中的所述运动单粒子进行定位；根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的所述运动单粒子进行扫描，根据扫描结果获取所述运动单粒子的荧光寿命信息；判断所述运动单粒子的位置是否超出预置的检测范围，若否，则执行所述获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像的步骤。2.如权利要求1所述的运动单粒子的荧光寿命信息获取方法，其特征在于，所述方法还包括：根据获取的所述定位结果和所述定位结果对应的所述运动单粒子的荧光寿命信息，构建所述运动单粒子的荧光寿命轨迹图像。3.如权利要求2所述的运动单粒子的荧光寿命信息获取方法，其特征在于，所述对所述荧光图像中的所述运动单粒子进行定位，包括：通过单粒子定位算法，对所述荧光图像中的所述运动单粒子进行定位。4.如权利要求3所述的运动单粒子的荧光寿命信息获取方法，其特征在于，所述根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的所述运动单粒子进行扫描，根据扫描结果获取所述运动单粒子的荧光寿命信息，包括：将以定位结果中运动单粒子的坐标所在位置为中心的预置范围，确定为扫描区域，对确定的扫描区域内的所述运动单粒子进行扫描；对所述扫描区域的荧光光子进行时间相关单光子计数，并根据时间相关单光子计数结果拟合计算扫描区域的运动单粒子的荧光寿命信息。5.如权利要求4所述的运动单粒子的荧光寿命信息获取方法，其特征在于，所述判断所述运动单粒子的位置是否超出预置的检测范围，包括：若所述运动单粒子的位置超出预置的目标运动区域，则判断所述运动单粒子的位置超出预置的检测范围；或，若所述运动单粒子的位置超出所述荧光图像的获取范围，则判断所述运动单粒子的位置超出预置的检测范围。6.一种运动单粒子的荧光寿命信息获取系统，其特征在于，所述系统包括：宽场激发模块，用于对样品进行宽场激发；图像获取模块，用于获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像；定位模块，用于对所述荧光图像中的所述运动单粒子进行定位；扫描模块，用于根据定位结果确定扫描区域，对确定的扫描区域内的所述运动单粒子进行扫描；寿命获取模块，用于根据扫描结果获取所述运动单粒子的荧光寿命信息；判断模块，用于判断所述运动单粒子的位置是否超出预置的检测范围，若否，则获取所述样品中被激发的运动单粒子的荧光图像。7.如权利要求6所述的运动单粒子的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林丹樱，屈军乐，齐璟，胡睿，严伟，吴茜茜，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44