一种光纤荧光仿生模体及其生成方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种光纤荧光仿生模体及其生成方法、应用，该方法将仿生基质材料、散射粒子均匀混合，并嵌入光纤，固化形成仿体模型；根据目标荧光分子的光谱、光强，选择荧光发射源，荧光发射源出射光束，对出射光束的光谱、光强进行调控，耦合进入光纤，经光纤散射后通过仿体模型传播到自由空间中，以模拟生成荧光信号，得到荧光仿生模体。本发明专利技术通过光束、光纤和仿生组织的相互配合，使得仿体模型空间分布具备高可控性和精细三维结构，荧光信号具备高稳定性和多样性，光纤荧光仿生模体具备高仿真度。其实现方法简便，手段灵活，成本较低，可用作荧光成像系统的标准测试模型。作荧光成像系统的标准测试模型。作荧光成像系统的标准测试模型。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤荧光仿生模体及其生成方法、应用


[0001]本专利技术涉及生物荧光成像
，尤其涉及一种光纤荧光仿生模体(Fluorescence Tissue Phantom)及其构建方法、应用。

技术介绍

[0002]生物荧光成像在生物研究等方面发挥了巨大的作用，它通过一个光学成像系统，对荧光进行收集和记录，反映生物组织的基本性质。通常，为了衡量一个光学系统的成像性能，首先需要对标准物体进行光学成像。常见的标准物有两种：其一是分辨率测试板，通过收集分辨率测试板反射或者投射的光，依据线对密度，对成像系统的分辨率进行测量表征；其二是荧光微球，可以对光学系统的分辨率、灵敏度、深度成像性能、光照均匀度进行测量表征。分辨率测试板的方法通常用于明场光学成像系统，不适用于荧光成像系统；而荧光微球具备对荧光成像系统中众多光学参数的测评能力，是一种较好的荧光模型，但这种模型难以控制三维空间分布，荧光稳定性低，荧光容易漂白。
[0003]仿体通过模拟发光的手段，制作出与真实样本高度相似的光学模型，可用于模拟成像或评测荧光成像系统的性能。当前，仿体的生成有两种常见的方法，包括物理仿体和数字仿体。物体仿体采用固体或液体作为基质材料，通过往材料中混入散射粒子和吸收粒子来模拟组织的光学性质，混入荧光分子来模拟组织发射的荧光。物理仿体可通过倒模的方式模拟特定组织的空间结构，但由于使用了荧光分子，甚至生物分子，因此物理仿体存在不稳定的问题。此外，荧光分子的光谱与实际所要模拟的荧光光谱相似度仍有待提高。数字仿体通过光谱调控结合投影的方式，产生高光谱图像，以数字的方式投影出仿体图像。数字仿体的荧光特性具有较高的稳定性，然而其局限性在于只能产生二维仿体。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光纤荧光仿生模体及其构建方法、应用。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术实施例的第一方面提供了一种光纤荧光仿生模体的生成方法，所述方法具体包括：
[0006]将基质材料、散射粒子均匀混合，并嵌入光纤组件，固化形成仿体模型；
[0007]根据目标荧光分子的光谱、光强，选择荧光发射源，荧光发射源出射光束，对出射光束的光谱、光强进行调控，耦合进入光纤组件，经光纤组件散射后通过仿体模型传播到自由空间中，以模拟生成荧光信号，得到荧光仿生模体。
[0008]进一步地，将基质材料、散射粒子均匀混合，并嵌入光纤，固化形成仿体模型的过程包括：
[0009]在基质材料中加入散射粒子，其中，散射粒子的浓度为1ug/g～1mg/g，得到配置好的仿体材料；将光纤嵌入至配置好的仿体材料中，在80～100℃下进行高温固化，形成仿体模型。
[0010]进一步地，将基质材料、散射粒子均匀混合，并嵌入光纤组件，固化形成仿体模型的过程还包括：通过旋涂的方法来控制仿体材料的厚度，以模拟不同深度的荧光信号。
[0011]进一步地，所述散射粒子用于模拟光学散射性质。
[0012]进一步地，所述基质材料选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酰胺；所述散射粒子选自二氧化钛、氧化铝。
[0013]进一步地，根据目标荧光分子的光谱、光强，选择荧光发射源的过程包括：根据目标荧光分子的光谱、光强特性，选取峰值波段附近的光源作为荧光发射源，使得荧光发射源的光强与目标荧光分子的荧光强度一致。
[0014]进一步地，荧光发射源出射光束，对出射光束的光谱、光强进行调控，耦合进入光纤组件的过程包括：
[0015]荧光发射源出射光束，经第一光栅分光后，入射到空间光调制器上进行调制，使得荧光发射源出射的光束的光谱特征与目标荧光分子的光谱曲线一致；之后光束经过第二光栅合束，再经耦合透镜耦合进入光纤组件。
[0016]进一步地，所述光纤组件按需设置光纤的数量与结构；所述光纤由纤芯和涂覆于纤芯外侧的涂覆层组成；荧光发射源出射的高阶模式的光束在传播过程中发生散射，从光纤的侧面发射出来。
[0017]本专利技术实施例的第二方面提供了一种光纤荧光仿生模体，由上述的光纤荧光仿生模体的生成方法制得。
[0018]本专利技术实施例的第三方面提供了一种光纤荧光仿生模体在评测荧光成像中的应用。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020](1)本专利技术提供的光纤荧光仿生模体中的光纤组件可以按需设置光纤的数量，光纤在空间中有较大的排列自由度，可以制作成三维标准模型，空间结构可控；
[0021](2)利用光纤侧面发光的性质，替代传统的荧光分子，使得光纤荧光仿生模体具备高度稳定性，可避免光漂白；通过空间光调制器可发射任意波段荧光，具备较高的灵活性；
[0022](3)光纤组件嵌入仿体材料中，能够制成三维组织仿体；光纤细小，可用于模拟微小管道内的荧光；用于仿体的组织材料和荧光信号与真实样本相似度高，该光纤荧光仿生模体与实际组织相似度高；
[0023](4)利用该光纤荧光仿生模体，可评测荧光成像系统的灵敏度、深度成像能力、分辨率、光照均匀度、照明串扰等参数，进行荧光成像系统性能表征。
附图说明
[0024]图1是本专利技术方法的流程图；
[0025]图2是本专利技术实施例的光纤荧光仿生模体示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例的光纤侧面发射荧光方式及光纤荧光标准模型示意图；
[0027]图中，1
‑
光纤；2
‑
仿组织层；3
‑
玻璃片；4
‑
光源；5
‑
第一光栅；6
‑
空间光调制器；7
‑
第二光栅；8
‑
耦合透镜；102
‑
纤芯；103
‑
涂覆层；104
‑
光纤支撑结构；105
‑
镜面反射片。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0029]通过光谱调控的手段控制荧光的光谱、光强性质,再将光束耦合进光纤中，通过光纤的侧面发光，准确模拟荧光信号的光谱特性和光强特性；此外，采用硅胶基质材料模拟组织的散射和吸收，并将光纤嵌入组织中，生成光纤荧光仿生模体。
[0030]如图1和图2所示，本专利技术实施例提供了一种光纤荧光仿生模体的构建方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0031](1)：将基质材料、散射粒子均匀混合，并嵌入光纤组件，固化形成仿体模型。
[0032]具体地，在基质材料中加入散射粒子，其中，散射粒子的浓度为1ug/g～1mg/g，得到配置好的仿体材料；将光纤嵌入至配置好的仿体材料中，在80～100℃下进行高温固化，形成仿体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤荧光仿生模体的生成方法，其特征在于，所述方法具体包括：将基质材料、散射粒子均匀混合，并嵌入光纤组件，固化形成仿体模型；根据目标荧光分子的光谱、光强，选择荧光发射源，荧光发射源出射光束，对出射光束的光谱、光强进行调控，耦合进入光纤组件，经光纤组件散射后通过仿体模型传播到自由空间中，以模拟生成荧光信号，得到荧光仿生模体。2.根据权利要求1所述的光纤荧光仿生模体的生成方法，其特征在于，将基质材料、散射粒子均匀混合，并嵌入光纤，固化形成仿体模型的过程包括：在基质材料中加入散射粒子，其中，散射粒子的浓度为1ug/g～1mg/g，得到配置好的仿体材料；将光纤嵌入至配置好的仿体材料中，固化形成仿体模型。3.根据权利要求2所述的光纤荧光仿生模体的生成方法，其特征在于，将基质材料、散射粒子均匀混合，并嵌入光纤组件，固化形成仿体模型的过程还包括：通过旋涂的方法来控制仿体材料的厚度，以模拟不同深度的荧光信号。4.根据权利要求1或2所述的光纤荧光仿生模体的生成方法，其特征在于，所述散射粒子用于模拟光学散射性质。5.根据权利要求1或2所述的光纤荧光仿生模体的生成方法，其特征在于，所述基质材料选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓鹏，祁绩，杨青，王立强，高兴俊，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：