用于高速分析多指数衰减函数类型实验数据的荧光寿命测量装置及其测量方法制造方法及图纸

根据本发明专利技术实施例的荧光寿命测量装置包括：照射光发生单元，其用于产生照射光；荧光光子检测单元，其用于收集通过用照射光照射包含荧光分子的至少一个样本而产生的荧光光子；转换单元，其用于放大荧光光子，以将荧光光子转换成荧光信号；以及测量单元，其用于通过使用由模拟函数乘以荧光信号的函数的积分值而获得的函数来分析所述荧光信号的函数的数据。

Fluorescence lifetime measurement device and its measurement method for high-speed analysis of multi exponential decay function experimental data

The fluorescence lifetime measurement device according to the embodiment of the present invention includes: illumination generation unit for generating illumination light; fluorescence photon detection unit for collecting fluorescence photons generated by irradiating at least one sample containing fluorescence molecules with illumination light; conversion unit for amplifying fluorescence photons to convert fluorescence photons into fluorescence signals; and measurement unit Which is used to analyze the data of the function of the fluorescent signal by using the function obtained by multiplying the integral value of the function of the fluorescent signal by the analog function.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高速分析多指数衰减函数类型实验数据的荧光寿命测量装置及其测量方法
以下描述涉及一种用于测量荧光寿命的荧光寿命测量装置和荧光寿命测量方法，并且更具体地涉及一种可以以最短时间独立地测量两个或更多个混合样本的荧光寿命的荧光寿命测量装置和荧光寿命测量方法。
技术介绍
显微镜分为第一代光学显微镜、第二代电子显微镜和第三代扫描探针显微镜，并且广泛应用于诸如医学、分子生物学、新药开发和材料工程等应用。然而，荧光寿命成像显微镜现在正成为显微镜研究中的关键技术。荧光寿命成像显微镜是最准确地测量荧光共振能量转移(FRET)的设备(FLIM-FRET)。FRET是这样的现象：当两个荧光分子位于10nm或更近的近距离处时，能量从一个荧光分子转移到另一个荧光分子，而没有发射或吸收光。通过使用FRET，可以观察到在几纳米范围内发生并且因此用光学显微镜无法看到的现象，使得在诸如细胞膜、DNA、RNA、蛋白质-蛋白质相互作用等许多生命科学领域中需求迅速增加。特别地，用作荧光寿命成像显微镜的TCSPC通过使用具有高信号增益的光电检测器(例如PMT或雪崩光电二极管(APD))来检测单光子的响应。不管由单光子产生的响应脉冲的形状在时间轴上是否具有长的宽度，都可以精确地测量单光子的到达时间。以这种方式，也可以测量0.1纳秒的荧光寿命。在每次测量中仅检测到单光子的情况下，可以通过检测所测量的单光子响应的上升沿的到达时间来测量单光子的到达时间。到达时间测量的准确性原则上与光电检测器的输出脉冲宽度无关。然而，高增益光电检测器在操作原理方面具有渡越时间离散(TTS)的问题。与TCSPC中的模拟脉冲响应脉冲宽度相比，PMT在时间测量中表现出高约5倍的精度。以这种方式计数的单光子的到达时间被用于通过数字方法产生时间轴直方图；并且在计数进行了数百次至数千次之后，通过对指数衰减函数进行拟合，将直方图看作荧光光子发射的概率分布函数(PDF)，可以计算荧光寿命。作为一种具有高灵敏度和稳定性的测量方法，TCSPC广泛用于时间分辨光谱学和荧光寿命成像显微镜(FILM)领域的各种应用。然而，TCSPC在单光子计数方法中基本上限制了测量时间。在TCSPC中，在每个测量周期仅一个光子被计数。即使当通过激发光脉冲从多个荧光分子产生多个荧光光子时，也需要有意地降低由计数器计数的光子的强度，从而每个脉冲仅应产生一个光子。如果计数器在测量周期内检测到两个或多个光子，特别是如果两个光子的到达时间太接近而不能分成两个脉冲，则计数器仅对首先到达的光子的值进行计数，使得发生信号损失，导致比实际值更短的荧光寿命。此外，即使在单光子中，如果混合具有两种或更多种不同荧光寿命的多个样本，则在独立地测量荧光寿命时可能存在更多的问题。也就是说，对于具有两个或更多个指数衰减函数的混合的数据，通过计算每个指数衰减函数的衰减常数和特定指数衰减函数在总数据中的比例，可以分析待测量对象的成分。这种计算一般可以通过非线性最小二乘曲线拟合来进行，其中建立指数衰减函数的数学模型，并通过调整数学模型的参数与实验数据进行比较，以获得其间具有最大差异的参数。然而，非线性最小二乘曲线拟合方法使用重复算法，该重复算法通过重复调整参数直到模型函数和测量数据之间的差异变为最小，来将模型函数与测量数据进行比较。如果模型函数和测量数据之间的差异小于给定的容差条件，则非线性最小二乘曲线拟合方法终止计算，因此存在这样的缺点：该方法可能仅获得参数的近似值。此外，该算法是重复计算直到满足容差条件的算法，因此导致用于获得期望值的大量计算。在用于图像构造的MRI或FILM设备的情况下，需要分析构成二维或三维图像的数十万到数百万像素的多个荧光信号，因此存在这样的缺点：完成整个图像的计算时间非常长。
技术实现思路
技术问题根据本专利技术的实施例，提供了这样的荧光寿命测量装置和荧光寿命测量方法：它们即使在混合了具有不同荧光寿命的两个或更多个荧光样本时也可以快速独立地测量荧光寿命。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种荧光寿命测量装置，包括：照射光发生器，其构造为产生照射光；荧光光子检测器，其构造为用所述照射光照射包含荧光分子的至少一个或多个样本，并收集由照射产生的荧光光子；转换器，其构造为放大所述荧光光子，并将放大的荧光光子转换成荧光信号；以及测量器，其构造为通过使用由一个值乘以模拟函数而获得的函数来分析所述荧光信号的函数的数据，所述一个值通过对所述荧光信号的函数进行积分而获得。根据本专利技术的另一方面，提供一种荧光寿命测量方法，包括：产生照射光；用所述照射光照射至少一个或多个样本，并收集由照射产生的荧光光子；将所述荧光光子转换成荧光信号；以及通过使用由一个值乘以模拟函数而获得的函数来分析所述荧光信号的函数的数据进行测量，所述一个值通过对所述荧光信号的函数进行积分而获得。有益效果根据本专利技术的实施例，即使当混合例如具有不同荧光寿命的两个或更多个样本时，也可以更快速地计算样本的荧光寿命值。附图说明图1是示出根据本专利技术实施例的荧光寿命测量装置的框图。图2是示出根据本专利技术实施例的荧光寿命测量方法的流程图。具体实施方式通过参考示例性实施例的以下详细描述和附图，可以更容易地理解本专利技术的优点和特征以及实现它们的方法。然而，本专利技术可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将本专利技术的构思完全传达给本领域技术人员，本专利技术将仅由所附权利要求限定。除非另外限定，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且除非在此明确地如此定义，否则不应当以理想化或过于正式的意义来解释。在下文中，将参考附图描述根据本专利技术实施例的荧光寿命测量装置100。图1是示出根据本专利技术实施例的荧光寿命测量装置100的框图。参考图1，照射光发生器110可以产生照射光以激发样本S。照射光以相对于时间的脉冲形式平行入射到准直器112上。入射照射光通过短通滤波器(SPF)113并从二向色滤光器320反射，以通过物镜131入射到样本S中。入射照射光允许从样本S产生荧光光子。产生的荧光光子通过物镜131被收集到共焦扫描仪120中，以通过二向色滤光器132。然后，荧光光子被转换器140放大以转换成荧光信号，并且放大的荧光信号被传输到测量器150。测量器150基于接收到的荧光信号计算荧光光子的荧光寿命。照射光发生器110包括照射光源111，照射光源111作为用于产生照射到含有荧光分子的样本S的照射光的结构。照射光的脉冲宽度为100psec或更小，照射光的波长为300nm至700nm。根据本专利技术实施例的照射光源111包括半导体激光器。此外，半导体激光器可包括脉冲宽度为300ps本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荧光寿命测量装置，包括：/n照射光发生器，其构造为产生照射光；/n荧光光子检测器，其构造为用所述照射光照射包含荧光分子的至少一个或多个样本，并收集由照射产生的荧光光子；/n转换器，其构造为放大所述荧光光子，并将放大的荧光光子转换成荧光信号；以及/n测量器，其构造为通过使用由一个值乘以模拟函数而获得的函数来分析所述荧光信号的函数的数据，所述一个值通过对所述荧光信号的函数进行积分而获得，/n其中，通过将所述荧光信号的函数定义为I(t)，使用以下等式计算I(t)：/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170331 KR 10-2017-00420071.一种荧光寿命测量装置，包括：
照射光发生器，其构造为产生照射光；
荧光光子检测器，其构造为用所述照射光照射包含荧光分子的至少一个或多个样本，并收集由照射产生的荧光光子；
转换器，其构造为放大所述荧光光子，并将放大的荧光光子转换成荧光信号；以及
测量器，其构造为通过使用由一个值乘以模拟函数而获得的函数来分析所述荧光信号的函数的数据，所述一个值通过对所述荧光信号的函数进行积分而获得，
其中，通过将所述荧光信号的函数定义为I(t)，使用以下等式计算I(t)：





2.根据权利要求1所述的装置，其中，将通过对I(t)进行积分得到的值定义为f(t)，f(t)被归一化为1，使用以下等式计算：



其中，


3.根据权利要求2所述的装置，其中，通过将所述模拟函数定义为指数函数g(t)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金德泳，黄元商，金东垠，姜珉求，
申请(专利权)人：延世大学校产学协力团，英泰克普拉斯有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR