[发明专利]一种测量生物分子有效扩散系数的方法

权利要求书

1.一种测量生物分子有效扩散系数的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；

A1、规划需测量扩散系数的生物分子的初始标记区域ROI0，ROI0区域为标记的待测生物分子在初始时间点的分布区域；规划生物分子的扩散过程影像收集区域ROI1，ROI1范围大于待测生物分子扩散过程进行影像收集时间窗口内生物分子扩散后区域；所述ROI1的范围大于ROI0；

A2、对区域ROI0内的生物分子进行光学标记，所述光学标记为荧光标记；

A3、使ROI0内的生物分子扩散，并确保生物分子的扩散区域小于区域ROI1，对区域ROI1内的生物分子扩散过程进行动态影像收集；

A4、校验所收集的动态影像是否有效，当被标记的生物分子在影像收集过程的扩散区域始终位于动态影像的成像范围内时，则判定所收集的动态影像为有效的动态影像；

A5、对影像数据进行降维，根据影像数据生成生物分子扩散过程的平面坐标数据；

A6、根据生成的平面坐标数据，以公式推导出生物分子扩散过程的有效扩散系数；

在步骤A6中的公式推导过程如下；

区域ROI1为动态影像收集的目标区域；

设a为目标区域待测分子分布于细胞外的比例；当a值为已知或是测得值时；

推导过程A为；

设I(t)代表动态影像收集时某观测时间点t时观测视野中某个像素点位置x上标记的扩散分子对应的光强，该光强正比于分子数；x位于成像观测的大视野ROI1[a,b]的区间内的对应位置座标，座标的原点选择为ROI1的几何中心；x²为位置座标的平方；加和号表示对所有位置的光强与位置座标平方的乘积求和，若数据点足够连续则近似为积分；t为采样的时间点，取光学标记的瞬间作为起始点t₀；目标区域每个位置的荧光强度乘以位置的平方求和得到的即为F1(t)；

则由生物分子扩散实验数据获得函数动态曲线，由函数动态曲线推导得出

公式1：

该公式的分母为ROI1内的总荧光强度，作为光学信号的校正；

此实验数据再次按公式2所表述的函数进行拟合；

公式2：

通过拟合得出k₀以及Dα/k₀；其中k₀以及a为常数，D为有效扩散系数；

当a值未知时，

推导过程B为；

设s为观测成像时间窗口[0,t]中的某个时间点，[-l,l]为初始标记的区域ROI0或是任意一个包含初始标记区但相对于ROI1足够小的区域，该区域记为ROI2；λ为常数，

则由生物分子扩散实验数据获得函数动态曲线，由函数动态曲线推导得出

公式3：

由公式3所表述的函数曲线可拟合计算出a值；再经由推导过程A所得k₀以及Dα/k₀的数值，即可计算出D。

2.根据权利要求1所述的一种测量生物分子有效扩散系数的方法，其特征在于：推导过程B不以公式3对D进行直接拟合计算。

3.根据权利要求1所述的一种测量生物分子有效扩散系数的方法，其特征在于：在步骤A2中，荧光标记的方法包括使用可光转或是可光激发的荧光基团对生物分子进行标记；所述荧光基团包括光转蛋白。

4.根据权利要求1所述的一种测量生物分子有效扩散系数的方法，其特征在于：在步骤A5中，当影像收集区域ROI1具有左右对称的空间对称性时，根据影像数据把生物分子扩散过程的二维数据投射至对称轴处形成一维数据。

5.根据权利要求1所述的一种测量生物分子有效扩散系数的方法，其特征在于：在步骤A3中，进行动态影像收集时，使用检测器收集光信号，并且采用叠加的光切柱体进行光信号采集，以消除荧光标记分子在Z轴方向上的移动对动态数据造成的影响，达到数据采集的降维效果。