【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光谱检测，尤其涉及一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法及装置。
技术介绍
1、荧光相关光谱法(fluorescence correlation spectroscopy,fcs)是一种强大的检测溶液中分子动力学的方法，在生物、化学、医学、药学等领域具有广泛的应用。通过探测并分析被标记的生物分子产生荧光信号的时间波动性，能够测量生物分子的浓度、分子流体力学半径和扩散系数，以及不同生物分子(尤其是蛋白质)的相互作用等。
2、目前较为流行的fcs实现方式是使用共聚焦显微镜。共聚焦显微镜可以提供一个非常细微的观测体积(飞升级，fl，10-15l)，从而有效滤除焦平面外的杂散荧光，以提高测量结果的信噪比。然而，基于共聚焦显微镜的fcs测量方法，依赖于对聚焦激发光的三维点扩散函数(point spread function,psf)的精确标定，因其会进一步影响上述观测体积(近似三维椭球状)的精确标定，从而最终影响对分子浓度、流体力学半径和扩散系数的精确测量。
3、很多生物分子的待解物理量直接或间接地受观测体积的横向半径和轴向半径的影响。由于fcs的灵敏度可精确至单分子水平，因此若实际测量中的三维psf发生畸变，则所得观测体积会大幅偏离真实值，导致上述物理量的测量值与真实值可相差4倍以上。在进行fcs实验时，首先需要用标准均匀溶液(例如荧光纳米颗粒溶液等)来校准三维psf，以一定程度上减少畸变的影响。但由于不均匀溶液(如：活细胞)属于非均匀样品，其内部的局部折射率无法做到与校准均匀溶液一致，且可能随
4、现有技术通过基于波前探测的自适应光学(adaptive optics,ao)的测量方法进行修正。该方法通过波前探测器测量激发光在样品中的波前特征，反馈到可变形反射镜(deformable mirror,dm)阵列中来修正入射到物镜前的波前特征，进而修正样品中的三维psf。虽然已有很多研究证实了该方法在标准溶液和细胞内部的fcs测量中的有效性，但其仍存在以下主要缺陷包括：由于使用有限数量的引导星，无法还原聚焦的激发光在细胞中所有位置的波前特征；同时，由于涉及的迭代算法需要消耗时间，无法排除细胞内物质流动造成的测量偏差。并且现有的方法要求事先对dm阵列进行高精度校准，因此仍然依赖于用标准液做预实验，这使得对生物分子的局部浓度、分子流体力学半径和扩散系数进行测量的操作流程复杂化，检测的时间长，可靠性低。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法及装置，用以解决现有方法对不均匀溶液中的生物分子的局部浓度、流体动力学半径和扩散系数检测的操作流程复杂，且因不均匀溶液中观测体积表征不准确导致的检测结果容易出现误差的问题。
2、本专利技术提供一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，包括：
3、获取光学衍射层析成像装置采集待测溶液的散射光信号与参考光的干涉条纹信息，以及荧光相关光谱装置采集所述待检测溶液的荧光信号的时域自相关函数；
4、对所述干涉条纹信息进行提取处理，得到待检测溶液的折射率分布信息；
5、基于预设的激发光参数信息、预设的物镜参数信息和所述折射率分布信息，得到用于表征观测体积的三维点扩散函数；
6、基于所述三维点扩散函数，获取观测体积的横向半径和轴向半径；
7、基于观测体积的横向半径和轴向半径，将所述时域自相关函数与三维自由扩散模型相拟合，计算出待检测溶液的局部浓度、分子流体力学半径和扩散系数。
8、根据本专利技术提供的一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，所述荧光信号的时域自相关函数为：
9、
10、其中，f(t)指荧光信号的强度，其为时间t的函数，<>表示采样时间内的平均值，τ表示时间延迟。
11、根据本专利技术提供的一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，对所述干涉条纹信息进行提取处理，得到待检测溶液的折射率分布信息，包括：
12、利用傅里叶散射模型，对所述干涉条纹信息进行提取处理，得到待检测溶液的折射率分布信息。
13、根据本专利技术提供的一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，基于预设的激发光参数信息、预设的物镜参数信息和所述折射率分布信息，得到用于表征观测体积的三维点扩散函数，包括：
14、利用预设的激发光参数信息、预设的物镜参数信息和所述折射率分布信息进行光线轨迹或光场分布的计算，得到用于表征观测体积的三维点扩散函数。
15、根据本专利技术提供的一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，基于所述三维点扩散函数，获取观测体积的横向半径和轴向半径，包括：
16、基于所述三维点扩散函数，提取所述观测体积的参数，得到观测体积的横向半径和轴向半径。
17、根据本专利技术提供的一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，基于观测体积的横向半径和轴向半径，将所述时域自相关函数与三维自由扩散模型相拟合，计算出待检测溶液的局部浓度、分子流体力学半径和扩散系数，包括：
18、基于观测体积的横向半径和轴向半径，将所述时域自相关函数与三维自由扩散模型相拟合，得到观测体积内的平均荧光标记分子数和分子通过自由扩散进出观测体积所需的平均时长；
19、基于所述观测体积内的平均荧光标记分子数和分子通过自由扩散进出观测体积所需的平均时长，利用分子的扩散系数公式、流体力学半径公式和平均局部浓度公式，分别计算出扩散系数、分子流体力学半径和待检测溶液的局部浓度。
20、根据本专利技术提供的一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，三维自由扩散模型为：
21、
22、其中，n指观测体积内的平均荧光标记分子数，τd指分子通过自由扩散进出观测体积所需的平均时长，r0指观测体积的横向半径，z0指观测体积信息的轴向半径。
23、本专利技术还提供一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测装置，包括：
24、获取模块，用于获取光学衍射层析成像装置采集待测溶液的散射光信号与参考光的干涉条纹信息，以及荧光相关光谱装置采集所述待检测溶液的荧光信号的时域自相关函数；
25、提取模块，用于对所述干涉条纹信息进行提取处理，得到待检测溶液的折射率分布信息；
26、psf计算模块，基于预设的激发光参数信息、预设的物镜参数信息和所述折射率分布信息，得到用于表征观测体积的三维点扩散函数；
27、半径获取模块，用于基于所述三维点扩散函数，获取观测体积的横向半径和轴向半径；
28、溶液参数计算模块，用于基于观测体积的横向半径和轴向半径，将所述时域自相关函数与三维自由扩散模型相拟合，计算出待检测溶液的局部浓度、分子流体力学半径和扩散系数。
29、本专利技术还提供一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，所述荧光信号的时域自相关函数为：
3.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，对所述干涉条纹信息进行提取处理，得到待检测溶液的折射率分布信息，包括：
4.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，基于预设的激发光参数信息、预设的物镜参数信息和所述折射率分布信息，得到用于表征观测体积的三维点扩散函数，包括：
5.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，基于所述三维点扩散函数，获取观测体积的横向半径和轴向半径，包括：
6.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，基于观测体积的横向半径和轴向半径，将所述时域自相关函数与三维自由扩散模型相拟合，计算出待检测溶液的局部浓度、分子流体力学半径和扩散系数，包括：
7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于光学衍
8.一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测装置，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7中任一项所述基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，所述荧光信号的时域自相关函数为：
3.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，对所述干涉条纹信息进行提取处理，得到待检测溶液的折射率分布信息，包括：
4.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，基于预设的激发光参数信息、预设的物镜参数信息和所述折射率分布信息，得到用于表征观测体积的三维点扩散函数，包括：
5.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶液的检测方法，其特征在于，基于所述三维点扩散函数，获取观测体积的横向半径和轴向半径，包括：
6.根据权利要求1所述的基于光学衍射层析的不均匀溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，马睿，夏安楠，施可彬，陈飞，李艳莉，杨燕青，贺心雨，耿乐，王艳丹，冯邱锴，
申请(专利权)人：北京大学长三角光电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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