使用荧光纳米金刚石的成像系统技术方案

公开了使用荧光纳米金刚石的成像系统。该成像系统包括：成像台，用于安装试样；辐射源，被配置为激发荧光金刚石且被引导到试样上；荧光检测器，被配置为检测金刚石荧光且被配置为检测来自试样的荧光；以及被配置为向试样施加时变磁场的装置。

Imaging system using fluorescent nanodiamond

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用荧光纳米金刚石的成像系统相关申请的交叉引用本申请要求于2015年4月9日提交的美国临时申请No.62/145,466的优先权，其全部内容出于所有目的通过引用结合于此。关于在联邦资助的研究与开发下的专利技术权利的声明本主题在美国政府的支持下而做出。美国政府享有这个主题的某些权利。这项工作经来自美国国家卫生研究院国家心肺和血液研究所(NationalHeart,Lung,andBloodInstitute,NationalInstitutesofHealth)的基金号HL006087-02BBC支持。
本技术涉及成像系统。
技术介绍
由于重叠的发射光谱，来自自然存在的荧光生物分子和固定剂的自体荧光使得难以将有用的荧光与不需要的荧光分离。因此，自体荧光限制了组织和动物成像的能力。即使精细的光谱解混技术不能总是可靠且准确地将有用信号与背景荧光分离。
技术实现思路
本技术的一个方面提供了一种成像方法，包括：a)获取用荧光纳米金刚石浸渍(impregnate)的感兴趣的对象的第一荧光图像；(b)向荧光纳米金刚石施加磁场以便减少荧光纳米金刚石的荧光；(c)获取感兴趣的对象的第二荧光图像；以及(d)从第一荧光图像减去第二荧光图像以产生所得的图像。这个方面可以具有各种实施例。感兴趣的对象可以是生物目标。生物目标可以选自包括细胞、多个细胞、组织、器官和生物体的组。磁场可由永磁体生成。磁场可以由电磁体生成。可以在施加磁场期间获取第二荧光图像。步骤(d)可以基于逐个像素进行。该方法还可以包括多次重复步骤(a)-(d)并对所得的图像进行平均的附加步骤(e)。该多次可以大于10次。步骤(a)和(c)可以包括将吸收波长施加到感兴趣的对象。本技术的另一方面提供了一种包含可由处理器执行的程序指令的非瞬态计算机可读介质。该计算机可读介质包括：a)获取用荧光纳米金刚石浸渍的感兴趣的对象的第一荧光图像的程序指令；(b)向荧光纳米金刚石施加磁场以便减少荧光纳米金刚石的荧光的程序指令；(c)获取感兴趣的对象的第二荧光图像的程序指令；以及(d)从第一荧光图像减去第二荧光图像以产生所得的图像的程序指令。这个方面可以具有各种实施例。可以在施加磁场期间获取第二荧光图像。本技术的另一个方面提供了一种成像方法，包括：(a)将时变磁场施加到用荧光纳米金刚石浸渍的感兴趣的对象以调制荧光纳米金刚石的荧光；(b)获取感兴趣的对象的多个荧光图像；以及(c)对于该多个荧光图像中的每个对应像素，使用锁定(lock-in)技术计算荧光强度。这个方面可以具有各种实施例。该感兴趣的对象可以是生物目标。该生物目标可以选自包括细胞、多个细胞、组织、器官和生物体的组。磁场可由永磁体生成。磁场可以由电磁体生成。步骤(b)可以包括将吸收波长施加到感兴趣的对象。该多个荧光图像可以通过宽场(wide-field)照相机获得。该多个荧光图像可以通过共焦显微镜获得。本技术的另一方面提供了一种包含可由处理器执行的程序指令的非瞬态计算机可读介质。该计算机可读介质包括：(a)将时变磁场施加到用荧光纳米金刚石浸渍的感兴趣的对象以调制荧光纳米金刚石的荧光的程序指令；(b)获取感兴趣的对象的多个荧光图像的程序指令；以及(c)对于该多个荧光图像中的每个对应像素，使用锁定技术计算荧光强度的程序指令。本技术的另一个方面提供了一种成像方法，包括：(a)将吸收波长施加到用荧光纳米金刚石浸渍的感兴趣的对象；以及(b)在至少约6纳秒的延迟之后，获取感兴趣的对象的荧光图像。这个方面可以具有各种实施例。该感兴趣的对象可以是生物目标。生物目标可以选自包括细胞、多个细胞、组织、器官和生物体的组。该延迟可以大于约10纳秒。该延迟可以大于约10纳秒和约20纳秒之间。吸收波长可以由脉冲激光器生成。该吸收波长可以在约450nm和约650nm之间或在约900nm和约1300nm之间。该吸收波长可以在约450nm和约650nm之间或在约850nm和约1350nm之间。本技术的另一个方面提供了一种成像方法，包括：(a)将吸收波长施加到用荧光纳米金刚石浸渍的感兴趣的对象；以及(b)在至少约4纳秒的延迟之后，获取感兴趣的对象的荧光图像。这个方面可以具有各种实施例。该感兴趣的对象可以是生物目标。生物目标可以选自包括细胞、多个细胞、组织、器官和生物体的组。该延迟可以大于约10纳秒。该延迟可以大于约10纳秒和约20纳秒之间。该吸收波长可以由脉冲激光器生成。该吸收波长可以在约450nm和约650nm之间或在约900nm和约1300nm之间。该吸收波长可以在约450nm和约650nm之间或在约850nm和约1350nm之间。本技术的另一方面提供了一种包含可由处理器执行的程序指令的非瞬态计算机可读介质。该计算机可读介质包括：(a)将吸收波长施加到用荧光纳米金刚石浸渍的感兴趣的对象的程序指令；以及(b)在至少约6纳秒的延迟之后获取感兴趣的对象的荧光图像的程序指令。在某些方面，公开了成像系统，包括：用于安装试样的成像台；辐射源，该辐射源被配置为激发荧光纳米金刚石的三重激发态且被引导到试样上；荧光检测器，该荧光检测器被配置为检测三重态-三重态(triplet-triplet)的荧光纳米金刚石荧光且被配置为检测来自试样的荧光；以及被配置为向试样施加时变磁场的装置。附图说明为了更全面地了解本技术的性质和所期望的目标，参考以下结合附图的具体描述，在附图中相同的附图标记在以下视图中表示相对应的部分。图1描绘了金刚石氮-空位中心的吸收(激发)光谱和发射光谱。图2描绘了根据本主题的实施例的成像方法。图3描绘了根据本主题的实施例的从第一荧光图像逐像素减去第二荧光图像的示例。图4描绘了根据本主题的另一实施例的成像方法。图5描绘了根据本主题的另一实施例的成像方法。图6描绘了根据本主题的实施例的成像方法。图7A描绘了带负电荷的氮空位(NV)中心的能级图。图7B描绘了含有FND的视场。图7C描绘了在施加具有0.1Hz频率和100高斯振幅的调制磁场时的图7A所描绘的FND的强度调制。图8A是在载玻片表面上的FND的扫描共焦图像。图8B是在添加～1μΜALEXA647染料(其具有与FND的发射光谱可比较的发射光谱)之后的在相同视场的相同成像条件下拍摄的扫描共焦图像。来自高浓度的ALEXA647染料的荧光使FND的荧光完全模糊。图8C是在处理存在有高ALEXA647染料背景(如图8B中)的图像之后的相同视场的无背景的图像。计算在具有和没有磁场情况下收集的图像对之间的差别，并将这些差别图像中的1000个图像在一起求平均以生成经处理的图像。经过这种处理，图8A所示的金刚石的图像从具有像图8B的高背景的图像中被恢复。图9A是通过扫描共焦显微镜拍摄的影片的帧。图9B示出了在使用锁定算法逐像素地处理影片之后的宽场无背景图像。图9C描绘了向对应于FND的亮像素(从图9A中的图像的左上角的水平坐标,x＝109以及垂直坐标,y＝111)的锁定算法的应用。图9D示出了应用于对应于背景的暗像素(从图9A中的图像的左上角的水平坐标，x＝137以及垂直坐标，y＝107)的相同的锁定算法。图10A描绘了在注射FND之后使用常规光谱解混合技术获得的老鼠前肢的荧光图像。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像系统，其特征在于，包括：成像台，用于安装试样；辐射源，被配置为激发荧光金刚石且被引导到所述试样上；荧光检测器，被配置为检测金刚石荧光且被配置为检测来自所述试样的荧光；以及被配置为向所述试样施加时变磁场的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.09 US 62/145,4661.一种成像系统，其特征在于，包括：成像台，用于安装试样；辐射源，被配置为激发荧光金刚石且被引导到所述试样上；荧光检测器，被配置为检测金刚石荧光且被配置为检测来自所述试样的荧光；以及被配置为向所述试样施加时变磁场的装置。2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，包括包含被安装在所述成像台上的所述金刚石的所述试样。3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述辐射源选自由激光器和氙弧灯组成的组。4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述荧光金刚石是荧光纳米金刚石，且包括二氧化硅涂覆的荧光金刚石或功能化的二氧化硅涂覆的荧光金刚石。5.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述荧光金刚石是荧光纳米金刚石，且包括功能化的二氧化硅涂覆的荧光纳米金刚石。6.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，被配置为施加时变磁场的所述装置包括永磁体，所述永磁体相对于所述试样旋转。7.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，被配置为施加所述时变磁场的所述装置包括被配置为相对于所述试样移动且被定位在所述试样的上方、下方或旁边的永磁体。8.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，被配置为施加时变磁场的所述装置包括电磁体。9.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，包括用于处理来自数据的图像的成像处理单元，所述数据来自所述荧光检测器。10.根据权利要求9所述的成像系统，其特征在于，所述成像处理单元被配置为将用由所述装置向所述试样提供的第一施加磁场获得的图像与用由所述装置向所述试样提供的第二施加磁场获得的荧光图像进行比较。11.根据权利要求10所述的成像系统，其特征在于，所述第一施加磁场和所述第二施加磁场具有不同的强度。12.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统是便携式的。...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·巴姆博，K·C·纽曼，
申请(专利权)人：必康达，以秘书处，卫生和人类服务部为代表的美利坚合众国，
类型：新型
国别省市：美国,US