[发明专利]光纤驱动双扫描荧光探针

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤驱动双扫描荧光探针，特别是采用一组压电驱动器驱动第一根光纤完成定点光刺激，同时采用另一组压电驱动器驱动第二根光纤完成二维扫描成像。该光纤驱动双扫描荧光探针可以同时完成清醒自由活动实验动物的神经光刺激，功能成像和行为学研究。

背景技术

将实验动物的行为学与神经功能相结合的研究方法已成为近年神经科学领域的研究热点，应用研究领域涉及神经科学研究的多个方面，包括神经环路基础研究、学习记忆研究、成瘾性研究、运动障碍、睡眠障碍、帕金森症模型、抑郁症和焦虑症动物模型等应用。

为了观测和记录实验动物(如小鼠，大鼠和猕猴)的大脑皮层中各类神经细胞以及神经环路的活动，传统上采用多电极阵列(MEA)技术。然而多电极阵列技术存在电极不易固定，电信号不稳定等缺点。近年来，多光子荧光显微成像技术由于其具有空间分辨率高等优点，已被广泛用于记录活体动物大脑神经系统活动。但目前多光子荧光显微镜多为台式系统，多数系统用于对麻醉，固定的实验动物进行成像；少数系统可以对清醒，部分固定的实验动物进行成像。由于实验动物的神经系统的功能性在麻醉，固定状态下与清醒，自由活动状态下有巨大的差异，而目前的商业化荧光成像系统只能完成功能成像，无法同时进行实验动物的行为学研究。

目前国内外广泛采用光纤束成像和光纤振动扫描这两种技术以实现微型化荧光成像系统用于清醒自由活动实验动物的功能成像和行为学研究。2001年F.Helmchen等人率先提出头戴式微型光纤荧光显微镜，其主要通过压电驱动器驱动单模光纤自由谐振进行扫描。2004年W.Gobel等人设计并实现了基于光纤束和自聚焦透镜(GRIN Lens)的微型双光子显微镜。2005年B.A.Flusberg等人研制了重3.9克的双光子荧光微型内窥镜(Fluorescence MicroEndoscopy，FME)，并成功将其应用于活体动物脑成像，其基于压电光纤振动扫描技术。2008年C.J.Engelbrecht等人报道了用于活体功能荧光成像的超紧凑光纤双光子显微镜，同样应用了压电光纤振动扫描技术。2008年H.Bao等人研制了手持式快速双光子荧光微型内窥镜，实现了0.23的大视野成像。2014年J.Cha等人研制了基于光纤束的荧光成像装置，并应用于清醒半固定大鼠的脑功能成像。国内方面，2012年殷刚等人报道了基于光纤束的共聚焦显微内窥镜的研究，获得了活体大鼠结肠粘膜细胞的单光子荧光图像，但其并非为双光子荧光设计，也未用于活体动物的脑功能成像。

此外将解笼锁(Uncage)光刺激等技术与功能成像相结合的双扫描技术近期刚刚已被商业化荧光成像系统，如Nikon AlR MP和Olympus FVMPE-RS所采用，但可应用于实验动物行为学研究的微型化双扫描荧光探针仍未见诸报道。

因此本发明提出的用于同时脑功能成像和神经光刺激的光纤驱动双扫描荧光探针可以将实验动物的行为学与神经功能研究相结合，将光刺激解笼锁等技术与功能成像相结合，对于神经科学的研究具有重要的意义。该光纤驱动双扫描荧光探针采用一组压电驱动器驱动一根光纤完成定点光刺激，同时采用另一组压电驱动器驱动第二根光纤完成二维扫描成像，具有体积小，重量轻，扫描速度快等优点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种光纤驱动双扫描荧光探针，特别是采用一组压电驱动器驱动第一根光纤完成定点光刺激，同时采用另一组压电驱动器驱动第二根光纤完成二维扫描成像。该光纤驱动双扫描荧光探针可以同时完成清醒自由活动实验动物的神经光刺激，功能成像和行为学研究。

为实现上述目的，本发明采用技术方案是：它包括两组压电驱动器，一根光刺激用光纤，一根荧光激发光纤，一根荧光收集光纤和一组微型光学系统，其中微型光学系统包括三片准直透镜，两片反射镜，两片二向色镜和一组物镜。