一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置，其包括依次设置的脉冲激光器、激光开关组件、光照光纤、样品池、光纤准直器、滤光轮、光电倍增管和终端计算机，脉冲激光器出射光耦合后通过光照光纤传输并照射在样品池的样品表面并激发发光信号，发光信号由多模光纤束传输并经过光纤准直器收集和滤光轮进行噪声抑制后，输出至光电倍增管探测，光电转换后的发光信号输出至终端计算机，终端计算机分别连接并控制脉冲激光器、光电倍增管以及滤光轮的工作，终端计算机还用于发光信号的同步计数和信号处理，并输出结果。本发明专利技术结构简单，容易实现小型便携化单线态氧检测等优点，可实现溶液及皮肤组织的单线态氧发光的快速，无损检测。

A single line oxygen luminescence spectrum fast detection device for optical fiber transmission

The invention discloses a single-line oxygen luminescence spectrum fast detection device for optical fiber transmission, which comprises a pulse laser, a laser switch assembly, a light-emitting fiber, a sample cell, an optical fiber collimator, a filter wheel, a photomultiplier tube and a terminal computer arranged in sequence. The pulse laser is transmitted through a light-emitting optical fiber after being coupled. The luminous signal is transmitted by multimode fiber bundle, collected by fiber collimator and suppressed by filter wheel, and then output to photomultiplier tube. The photoelectric signal is output to terminal computer. The terminal computer connects and controls pulse laser respectively. The terminal computer is also used for synchronous counting and signal processing of luminous signals and outputting results. The invention has the advantages of simple structure, easy realization of small portable singlet oxygen detection, etc., and can realize rapid and nondestructive detection of singlet oxygen luminescence of solution and skin tissue.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置
本专利技术涉及光动力治疗
，尤其涉及一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置。
技术介绍
单线态氧（Singletoxygen，1O2）被认为是光动力疗法（Photodynamictherapy，PDT）中杀死癌细胞的主要毒性物质，在临床医学PDT剂量学研究具有重要的研究价值。PDT过程中靶组织中光敏化1O2的产量直接决定了PDT疗效。在PDT剂量学研究中，通过直接测量具有细胞毒性的1O2，特别是利用1O2在1270nm的辐射发光评估PDT的疗效是PDT剂量学研究的“金标准”。这种方法的最大优点在于可以克服现有其它剂量学方法中的光、光敏剂、氧分子，以及组织体光学特性等主要因素之间的繁杂影响关系，将1O2的产量与PDT疗效直接联系起来。开发基于光纤传输的1O2发光检测系统是PDT-1O2剂量学临床应用的技术关键。目前限制1O2发光检测系统发展的主要原因有以下几点：1.1O2自身的1270nm发光极为微弱，在细胞生物环境中辐射概率仅为10-8；2.近红外探测器的量子效率低及有效探测靶面相对较小；3.激发光穿透深度有限，且光敏化1O2容易受生物大分子淬灭影响，使得1O2在体检测困难。因此，开发光纤传输1O2发光检测仍然极具挑战。2017年，英国格拉斯哥大学的Gemmell等人利用单光子雪崩二极管（InGaAs/InPsinglephotonavalanchediode）开发的光纤1O2发光检测系统成功获得了RoseBengal水溶液1O2发光信号。该系统采用单光子雪崩二极管，有效探测截面十分狭小，截面直径仅为25μm，导致系统探测效率低，测量时间长（10分钟），且系统信噪比低等不足，非常不利于PDT中1O2发光在体检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用探测截面更大的近红外铟镓砷光电倍增管，结合信号采集效率更高的单光子计数数据采集技术，且具有快速，高灵敏的光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置。本专利技术采用的技术方案是：一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置，其包括依次设置的脉冲激光器、激光开关组件、光照光纤、样品池、光纤准直器、滤光轮、光电倍增管和终端计算机，脉冲激光器提供激光，激光开关组件包括沿激光光路方向设置的光学衰减片、光快门、汇聚透镜和光纤耦合器，光纤耦合器与光照光纤的输入端连接，光照光纤的照射端对准样品池，样品池内装有光敏剂，光敏剂在激光照射下进行光敏反应生成1O2发光信号，1O2发光信号由多模光纤束收集并传输至光纤准直器，光纤准直器内设有一级滤光片进行一级过滤，经一级过滤的1O2发光信号出射至滤光轮进行二级过滤，滤光轮装有具有不同波长的3片窄带通滤光片，经一级过滤的1O2发光信号入射至光电倍增管进行光电转换，光电转换后1O2发光信号输出至终端计算机，终端计算机分别连接并控制脉冲激光器、光电倍增管以及滤光轮的工作，终端计算机还用于1O2发光信号的同步计数和信号处理，并输出结果。所述脉冲激光器的激光波长根据所采用光敏剂的吸收特性而定，脉冲激光器的频率可调范围是1KHz~20KHz连续可调，脉冲激光器的激光输出功率大于500mW。所述样品池采用1cm×1cm石英比色皿，同时该装置还适用于皮肤组织光敏化1O2发光光谱检测。多模光纤束与光照光纤的激光照射方向呈正交的1O2发光信号。光纤准直器内置的一级滤光片为长波通滤光片，长波通滤光片的规格为LP1150nm、截止深度>OD5。滤光轮的3片窄带通滤光片的带宽为25nm，其中一片窄带通滤光片用于1O2发光信号的二级过滤，其他两片窄带通滤光片用于光电倍增管探测1O2发光信号时的参考背景信号。滤光轮的3片窄带通滤光片的型号分别为BP1220nm、BP1270nm和BP1315nm的窄带通滤光片，中心波长为1270nm窄带通滤光片用于1O2发光信号的提取，中心波长为1220nm和1315nm窄带通滤光片用于光电倍增管探测1O2发光信号时的参考背景信号。终端计算机上设有单光子多道计数板卡、LabVIEW软件编程的信号采集和处理系统、单光子多道计数板卡上设有同步触发信号接入端和单线态氧发光信号接入端，脉冲激光器通过同步信号线接入终端计算机的单光子多道计数板卡的同步触发接入端，滤光轮通过控制信号线连接至终端计算机，终端计算机LabVIEW软件编程的信号采集和处理系统控制滤光轮的不同滤光片的切换，光电转换后1O2发光信号通过发光信号信号线输出至终端计算机的单光子多道计数板卡的单线态氧发光信号接入端，终端计算机通过LabVIEW的信号采集和处理系统对1O2发光信号同步计数和信号处理并实时显示结果。本专利技术采用以上技术方案，终端计算机内的单光子多道计数板卡（MSA300,BeckerandHicklGmBH,German）计数信号输入端进行信号的同步计数，并通过LabVIEW的信号采集和处理系统实时显示结果，完成单次1O2发光时间分辨光谱测量仅需1分钟。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明；图1为本专利技术一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置的结构原理图；图2为本专利技术所测TMPyP溶液光敏化1O2发光时间分辨光谱；图3为本专利技术不同浓度TMPyP溶液光敏化单线态氧发光积分强度随浓度的线性变化曲线。具体实施方式如图1-3之一所示，一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置，其包括依次设置的脉冲激光器1、激光开关组件、光照光纤6、样品池7、光纤准直器9、滤光轮11（FW212，THORLABS，美国）、光电倍增管13（H10330-45,Hamamanstu,Japan）和终端计算机15，脉冲激光器1提供激光，激光开关组件包括沿激光光路方向设置的光学衰减片2、光快门3、汇聚透镜4和光纤耦合器5，光纤耦合器5为SMA905光纤耦合器5，光纤耦合器5与光照光纤6的输入端连接，光照光纤6的照射端对准样品池7，样品池7内装有光敏剂，光敏剂在激光照射下进行光敏反应生成1O2发光信号，1O2发光信号由多模光纤束8收集并传输至光纤准直器9，光纤准直器9内设有一级滤光片10进行一级过滤，经一级过滤的1O2发光信号出射至滤光轮11进行二级过滤，滤光轮11装有具有不同波长的3片窄带通滤光片，经一级过滤的1O2发光信号入射至光电倍增管13进行光电转换，光电转换后1O2发光信号输出至终端计算机15，终端计算机15分别连接并控制脉冲激光器1、光电倍增管13以及滤光轮11的工作，终端计算机15还用于1O2发光信号的同步计数和信号处理，并输出结果。进一步地，所述脉冲激光器1的激光波长根据所采用光敏剂的吸收特性而定，脉冲激光器1的频率可调范围是1KHz~20KHz连续可调，脉冲激光器1的激光输出功率大于500mW。具体地，脉冲激光器11采用523nm半导体激光器（QG-523-500,CrystalaserInc.,Reno,USA），脉冲频率调制为10KHz。进一步地，所述样品池7采用1cm×1cm石英比色皿，同时该装置还适用于皮肤组织光敏化1O2发光光谱检测。进一步地，多模光纤束8与光照光纤6的激光照射方向呈正交的1O2发光信号。进一步地，光纤准直器9内置的一级滤光片10为长波通滤光片，长波通滤光片的规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置，其特征在于：其包括依次设置的脉冲激光器、激光开关组件、光照光纤、样品池、光纤准直器、滤光轮、光电倍增管和终端计算机，脉冲激光器提供激光，激光开关组件包括沿激光光路方向设置的光学衰减片、光快门、汇聚透镜和光纤耦合器，光纤耦合器与光照光纤的输入端连接，光照光纤的照射端对准样品池，样品池内装有光敏剂，光敏剂在激光照射下进行光敏反应生成1O2发光信号，1O2发光信号由多模光纤束收集并传输至光纤准直器，光纤准直器内设有一级滤光片进行一级过滤，经一级过滤的1O2发光信号出射至滤光轮进行二级过滤，滤光轮装有具有不同波长的3片窄带通滤光片，经一级过滤的1O2发光信号入射至光电倍增管进行光电转换，光电转换后1O2发光信号输出至终端计算机，终端计算机分别连接并控制脉冲激光器、光电倍增管以及滤光轮的工作，终端计算机还用于1O2发光信号的同步计数和信号处理，并输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置，其特征在于：其包括依次设置的脉冲激光器、激光开关组件、光照光纤、样品池、光纤准直器、滤光轮、光电倍增管和终端计算机，脉冲激光器提供激光，激光开关组件包括沿激光光路方向设置的光学衰减片、光快门、汇聚透镜和光纤耦合器，光纤耦合器与光照光纤的输入端连接，光照光纤的照射端对准样品池，样品池内装有光敏剂，光敏剂在激光照射下进行光敏反应生成1O2发光信号，1O2发光信号由多模光纤束收集并传输至光纤准直器，光纤准直器内设有一级滤光片进行一级过滤，经一级过滤的1O2发光信号出射至滤光轮进行二级过滤，滤光轮装有具有不同波长的3片窄带通滤光片，经一级过滤的1O2发光信号入射至光电倍增管进行光电转换，光电转换后1O2发光信号输出至终端计算机，终端计算机分别连接并控制脉冲激光器、光电倍增管以及滤光轮的工作，终端计算机还用于1O2发光信号的同步计数和信号处理，并输出结果。2.根据权利要求1所述的一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置，其特征在于：所述脉冲激光器的激光波长根据所采用光敏剂的吸收特性而定，脉冲激光器的频率可调范围是1KHz~20KHz连续可调，脉冲激光器的激光输出功率大于500mW。3.根据权利要求1所述的一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置，其特征在于：所述样品池采用1cm×1cm石英比色皿，同时该装置还适用于皮肤组织光敏化1O2发光光谱检测。4.根据权利要求1所述的一种光纤传输的单线态氧发光光谱快速检测装置，其特征在于：多模光纤束与光照光纤的激光照射方向呈正交的1O2发光信号。5.根据权利要求1所述的一种光...

【专利技术属性】
技术研发人员：林黎升，李步洪，刘丽娜，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35