本发明专利技术公开了一种基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器及内窥装置，探测器包括：外壳、保护层、耦合层、匹配层、透明柔性复合电极、透光压电元件、金属环、光学玻璃，光学背衬层和高绝缘电缆；内窥装置包括基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器、反光镜、光线转换模块、内窥装置外壳、透镜固定模块、微型扫描镜、微电机固定模块、聚焦透镜、透镜垫片、螺旋转接支柱和光纤准直器；本发明专利技术优势在于采用高透光性、高导电的柔性透明电极和高耦合系数压电元件制作的超声探测器具有高灵敏度和透光效果，可微型化光声成像探头结构、显著减小工作距离使声场分布均匀和降低系统光路/声路复杂性，推进光声成像向临床转化。推进光声成像向临床转化。推进光声成像向临床转化。
【技术实现步骤摘要】
基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器及内窥装置
[0001]本专利技术涉及超声探测器及光声显微成像研究领域，具体涉及一种基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器及内窥装置。
技术介绍
[0002]光声成像是近十多年来迅速发展起来的一种高特异性、高对比度的新型介观成像技术，正在逐步成为生物医学影像技术新的研究方向。该成像技术基于光声效应，利用短脉冲光源作为激发源照射生物组织，生物组织吸收光能以后产生光致超声波信号，因此该技术不仅具有纯光学成像的高选择特性，而且具有纯超声的深穿透特性，在原理上能够克服光学散射的限制，实现对深层活体组织的高对比度、高分辨成像特性，能够观察到生物组织从细胞尺度到器官跨度的结构学和功能学特征。此技术不仅能够反映内源性物质，例如含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白、黑色素、脂质等，而且可以高灵敏度识别具有分子特异性的外源性发色团，例如功能性光学纳米探针等，因而其可广泛应用于生物医学各个领域，包括肿瘤生物学，血管生物学等各个方面，为现代精准医疗提供强有力的技术手段。光声内窥镜应用是光声成像一种重要分支，其将光声成像系统集合在微型探头中，已应用于消化道炎症检测、血管内斑块脂质三维成像、早期胃肠道肿瘤识别、克罗恩病血管特征成像等各种空腔的结合功能成像的应用。光声内窥镜能够为组织和器官提供一定深度的微血管网络成像，并为疾病的诊断和治疗提供新的技术手段，光声内窥镜适用于检测狭窄腔道，需要同时实现快速扫描和小型化。
[0003]传统的光分辨光声显微成像系统，一方面由于使用聚焦换能器，声场视野有限，不仅需要激光照明和声学检测之间的共聚焦校准，而且需要通过电极对成像目标进行机械扫描，极大地限制了光声成像速度。另一方面由于传统超声探测器其光学不透明性影响光的传输，其限制光声系统小型化和工作流程。申请号201610307366.2的专利申请公开了双频中空聚焦超声探测器，该设计的声学视场仍然有限并且随着换能器的离开中心部分会导致扫描图像质量、对比度和灵敏度降低。另一种侧向接收设计，光学分辨光声显微镜的设置中，使用直角棱镜和菱形棱镜紧压在一层薄硅油上的声/光棱镜组合来实现同轴对准，组织产生的光声波通过菱形棱镜传播，并被硅油层反射到附着在棱镜上的超声检测器；申请号201911376532.4的专利申请公开了一种光声显微成像笔及成像方法，该装置使用声反射器的光声束组合器。这种设计需要声学和光学上复杂的设计，增加系统工作距离，不仅会随着工作距离的增大会声场自然聚焦不均匀，而且需要在设备和组织之间有较厚的耦合介质(水)、引入伪影和超声衰减的损失，导致设备体积庞大，限制了设备架构，并在深度和分辨率方面限制了效率。还有一些其他的全光超声检测技术：如法布里
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珀罗传感器、微环谐振器等光子集成电路，虽然这些是提供高光声灵敏度的透明探测技术，但它们需要复杂的光纤集成与额外的激光源和其他光学检测仪器。
技术实现思路
[0004]本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供种基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器及内窥装置，可以最大程度减小系统的工作距离，增加视场，在空间受限的内窥镜应用中，可将光声内窥成像系统设置成简单且小型化设备，光路和声路可共享相同的传播路径。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术一方面提供了一种基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器，包括外壳，以及同轴设置在外壳中的保护层、耦合层、匹配层、透明柔性复合电极、透光压电元件、金属环、光学玻璃、光学背衬层和高绝缘电缆；所述光学背衬层包括外侧光学背衬层和内侧光学背衬层；所述透明柔性复合电极包括透明柔性复合电极正极和透明柔性复合电极负极；
[0007]所述外壳设置倒角和侧壁孔，用于固定探测器和对透明柔性复合电极负极进行接地；
[0008]所述保护层设置在外壳顶部并与倒角顶部贴平，可直接接触到被测样品；
[0009]所述耦合层设置在倒角上端和倒角下端之间，用于高频超声波的传输；
[0010]所述透光压电元件设置外侧光学背衬层进行位置固定，并装入外壳的内侧且与外壳倒角底端平行；
[0011]所述透明柔性复合电极分别设置在透光压电元件的上下端面，透明柔性复合电极的上端为透明柔性复合电极负极，即信号电极负极；下端为透明柔性复合电极正极，即信号电极正极，所述透明柔性复合电极的面积不超过压电元件的面积；
[0012]所述金属环设置在透明柔性复合电极的下端，并通过导电银胶粘合；
[0013]所述内侧光学背衬层设置在金属环的内部，内侧光学背衬层的高度和金属环高度相同；
[0014]所述光学玻璃设置在并通过内侧光学背衬层下方；
[0015]所述高绝缘电缆设置在外壳侧壁孔中，高绝缘电缆内电缆和信号电极正极相连接，其电屏蔽层和信号电极负极相连接。
[0016]作为优选的技术方案，所述透明柔性复合电极为银纳米线溶液和石墨烯溶液共同制备得到的导电膜，制备过程为：
[0017]将0.4～2mL浓度为0.25mg
·
mL
‑1银纳米线溶液涂布在透明压电元件上，银纳米线溶液直径范围从十几纳米到几百纳米，快速加热干燥蒸发完全，得到具有均匀分布的纳米银线电极导电膜；对具有纳米银线电极的导电膜涂布0.2～2mL浓度为0.1mg
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mL
‑1改性石墨烯的醇溶液或者还原氧化的石墨烯溶液，经过紫外光线的照射，快速加热干燥蒸发完全，得到均匀的透明柔性复合电极。
[0018]作为优选的技术方案，所述透光压电元件采用高机电耦合系数的双面抛光极化的铌酸锂压电晶体材料或者铁电晶体，厚度为1～500μm，压电元件的直径大小为1～10mm。
[0019]作为优选的技术方案，所述的保护层为聚二甲基硅氧烷薄膜，其厚度为20～500μm，所述聚二甲基硅氧烷薄膜包括硅氧烷弹性体和硅氧烷弹性体固化剂，其质量比为10:1，在玻璃器皿中均匀搅拌混合、抽真空脱气、离心、再真空脱气、倒入丙烯酸板烘干固化处理，得到的PDMS薄膜全波段透光率>92％，其下方为所述的耦合层为密封的去离子水溶液，声阻
抗和生物组织相近，进行高频声波传导。
[0020]作为优选的技术方案，所述的金属环为黄铜或者不锈钢材料，其直径小于压电元件的直径，范围在4～10mm，通过导电银胶的常温下固化>24小时，导出一侧电极，改变边界条件；其内侧环氧树脂材料高度与金属圆环保持一致，其顶端放置光学玻璃防止背衬固化产生畸变。所述的导电银胶为双组分类型、固化周期短、高电导率的胶水，探头外壳焊点的形成通过导电银胶组分A和组分B的质量比为1:1，经过搅拌混合，连接射频线屏蔽网和探头外壳以及烘干固化。
[0021]作为优选的技术方案，所述的光学玻璃为钠钙玻璃材料，光学玻璃直径大于金属圆环直径范围在8～12mm，厚度在130～160μm。
[0022]作为优选的技术方案，所述的背衬材料为光学环氧树脂材料，属于双本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器，其特征在于，包括外壳，以及同轴设置在外壳中的保护层、耦合层、匹配层、透明柔性复合电极、透光压电元件、金属环、光学玻璃、光学背衬层和高绝缘电缆；所述光学背衬层包括外侧光学背衬层和内侧光学背衬层；所述透明柔性复合电极包括透明柔性复合电极正极和透明柔性复合电极负极；所述外壳设置倒角和侧壁孔，用于固定探测器和对透明柔性复合电极负极进行接地；所述保护层设置在外壳顶部并与倒角顶部贴平，可直接接触到被测样品；所述耦合层设置在倒角上端和倒角下端之间，用于高频超声波的传输；所述透光压电元件设置外侧光学背衬层进行位置固定，并装入外壳的内侧且与外壳倒角底端平行；所述透明柔性复合电极分别设置在透光压电元件的上下端面，透明柔性复合电极的上端为透明柔性复合电极负极，即信号电极负极；下端为透明柔性复合电极正极，即信号电极正极，所述透明柔性复合电极的面积不超过压电元件的面积；所述金属环设置在透明柔性复合电极的下端，并通过导电银胶粘合；所述内侧光学背衬层设置在金属环的内部，内侧光学背衬层的高度和金属环高度相同；所述光学玻璃设置在并通过内侧光学背衬层下方；所述高绝缘电缆设置在外壳侧壁孔中，高绝缘电缆内电缆和信号电极正极相连接，其电屏蔽层和信号电极负极相连接。2.根据权利要求1所述基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器，其特征在于，所述透明柔性复合电极为银纳米线溶液和石墨烯溶液共同制备得到的导电膜，制备过程为：将0.4～2mL浓度为0.25mg
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‑1银纳米线溶液涂布在透明压电元件上，银纳米线溶液直径范围从十几纳米到几百纳米，快速加热干燥蒸发完全，得到具有均匀分布的纳米银线电极导电膜；对具有纳米银线电极的导电膜涂布0.2～2mL浓度为0.1mg
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‑1改性石墨烯的醇溶液或者还原氧化的石墨烯溶液，经过紫外光线的照射，快速加热干燥蒸发完全，得到均匀的透明柔性复合电极。3.根据权利要求1所述基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器，其特征在于，所述透光压电元件采用高机电耦合系数的双面抛光极化的铌酸锂压电晶体材料或者铁电晶体，厚度为1～500μm，压电元件的直径大小为1～10mm。4.根据权利要求1所述基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器，其特征在于，所述的保护层为聚二甲基硅氧烷薄膜，其厚度为20～500μm，所述聚二甲基硅氧烷薄膜包括硅氧烷弹性体和硅氧烷弹性体固化剂，其质量比为10:1，在玻璃器皿中均匀搅拌混合、抽真空脱气、离心、再真空脱气、倒入丙烯酸板烘干固化处理，得到的PDMS薄膜全波段透光率>92％，其下方为所述的耦合层为密封的去离子水溶液，声阻抗和生物组织相近，进行高频声波传导。5.根据权利要求1所述基于透明...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨思华，张道程，张吴昱，张粢鑫，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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