[发明专利]用于生物学表面的紫外激发显微术的方法

说明书

具有紫外表面激发的显微镜(MUSE)，用于在教室中使用以增强生命科学教育和课程，或用于其它应用，包括但不限于手术室、其它医学环境、研究环境和低资源环境。MUSE的适用性基于多个关键因素，包括其使用的简单性、结合廉价硬件(包括LED照明)、以及非常基本的组织制备。紫外激发作为将所生成的荧光信号限制到组织表面下方仅几微米的无源光学切片，因此消除离焦信号。这促进在完整或切片表面处从试样的组织微观结构和组构的图像捕获，这是由于在不同的细胞隔室内变化的荧光团浓度所引起的。尽管可以仅使用组织自发荧光，但是图像质量通过简单地应用无毒荧光染料以选择性地突出细胞隔室而增强。样品制备是安全、有效的，并且对于具有基本化学或生物学实验室经历的学生是熟悉的。混合染料粉末可用于简化该方法对于教育、医学、研究、低资源和其它环境的转换。

相关申请

本专利申请要求对于“Systems and Methods for Ultraviolet Surface ExcitationMicroscopy”在2018年1月26日提交的美国临时专利申请序号62/622,358和对于“Systemsand Methods for Ultraviolet Surface Excitation Microscopy”在2018年3月14日提交的美国临时专利申请序号62/642,730的优先权和权益，两者的全部内容通过引用并入本文。

联邦资金

本发明是在由能源部授予的DE-NA0001944的政府支持下进行的。政府对本发明享有一定权利。

相关领域

紫外表面激发显微术系统和方法。

背景

宽视场光学显微术是用于在生物学教育中向学生介绍活体的微观结构的形象工具。由于宽视场光学显微镜的通用性和低价格，它们被广泛地应用于全世界的学校[1]。然而，组织中的光散射使得细胞结构不可能直接成像，因为离焦信号强得多，而细胞隔室之间的图像对比度非常有限。结果，在大学生教育实验室环境中，观察生物学样品通常局限于准备好的微米厚组织样品的载玻片或来自洋葱或面颊刮削的活样品[2]。甚至需要将洋葱皮切成薄的单细胞层，以使特征性的大尺寸细胞结构(如细胞膜和细胞核)可视化，这是在教育环境中学生完成的一项重要任务。因此，学生经常发现显微术实验令人沮丧，导致对探索细胞解剖学的最初实习体验的动机低[2]。例如，与传统的4年设立相比，专注于使更高级教育可进入更广泛的社会范围的社区学院中的学生的体验表明，载玻片制备的挑战使经常离开课程的学生泄气，这可能使他们在更高级课程中失败[3]。心理学家认为，成就动机对于教育是至关重要的；对他/她的学科能力不自信的学生将对相关领域变得不太感兴趣[4]。

使用准备好的显微镜载玻片和教科书图像教导学生吸引度较低，并且可能不会刺激他们在生命科学中的兴趣或者他们在相关领域中从事职业的能力的自信。提供光学切片和快速成像组织微观结构的能力的正在开发的成像方法[5-10]对于教室使用是复杂且昂贵的。

其它领域也可以从更好的显微术系统和方法中受益。例如，制备用于显微镜检查的样品通常所需的时间、设备、专业人员和(通常有毒的)化学品限制了可以制备和检查样品的地点和时间。例如，在手术室中，人们通常没有时间或能力使用传统的样品制备方法制备用于显微镜检查的样品。低资源环境是另一个实例，其中由于缺乏设备、专业知识、材料、合适的设施和合适的地方来处理有毒化学品和在使用后需要仔细处理的其它材料，传统的病理学方法完全不可能。

对于教室、医院、低资源环境、生物医学研究实验室和其它环境，需要更好的显微术系统和方法。

概述