[发明专利]一种快速获取大体积样本三维数据的光透明方法

说明书

本发明揭示了一种快速获取大体积生物样本三维数据的方法，包括如下步骤：S1、第一次浸没步骤；S2、包埋步骤；S3、第二次浸没步骤；S4样本安装步骤；S5、光学成像步骤；S6、切片步骤；循环交替进行S5和S6，直至获得所述生物样本组织的三维图像；其中所述光透明溶液包括如下质量百分比的原料：20‑40%的糖或醇或糖醇类化合物；10‑30%的尿素；0‑30%的促渗剂，其他为水。本发明将光透明溶液与显微切片断层成像技术结合使用，使得光学成像与显微切片交替进行的同时，光透明溶液实时置换生物样本组织间液，来迅速均衡生物样本组织的折射率，来拓展单次成像的深度，并显著减少整体样本的切片次数，极大提高了光透明的适用样本范围以及三维数据的连续获取效率。

技术领域

本发明涉及生物医学光学成像技术领域，具体地涉及一种快速获取大体积样本三维数据的光透明方法。

背景技术

脑是人类最重要、最复杂的器官之一。其结构复杂，神经元丰富。但是目前，我们对大脑的功能和结构还知之甚少。脑科学研究将帮助科学家更好地破译脑功能与脑疾病, 同时对脑的研究可以推动人工智能的发展。全脑三维成像技术常用于神经环路的研究。神经环路是神经元由突触结构相互连接而成的错综复杂的一系列环路。这些环路发挥了大脑的高级功能，控制着行为和情感，同时神经环路的研究被认为是理解脑功能和脑疾病的基础。脑功能与结构的研究跨越了多个尺度，一方面，神经纤维的直径为亚微米水平，需要使用高分辨率的成像方法。另一方面，神经纤维往往投射到全脑各个区域，想要获取神经环路连接信息需要对全脑成像。因此，神经环路的研究既需要单细胞水平的分辨率又需要对全脑尺度进行研究，需要跨越从宏观到微观多个量级的空间尺度。

通过光学成像获取生物样本细胞分辨率的三维数据，目前有两种典型的技术：一种是机械切削和光学显微成像技术交替进行的全脑数据采集方案，如STP、MOST系列方法。另一种是组织光透明结合光片照明显微成像的全脑数据采集方案。针对大体积样本的三维成像，目前两种技术都具有一定的局限性。第一种方法由于光学成像深度的限制，需要进行数万次的机械切削来拓展成像深度，机械切削会消耗大量的时间，系统的稳定性也会受到极大的考验。第二种方法主要的障碍是大体积样本的整体透明，组织光透明领域中，按照试剂的化学性质，可大致将折射率匹配试剂分为两类：有机溶剂和亲水性试剂。有机试剂具有透明效率高，但是样本形变量大、荧光保持不佳等缺点，亲水性试剂具有低形变，荧光保持率高等特点，但是其透明效率较低，对于大体积样本如猕猴脑很难被完全透明，因此也只是常用于小体积样本的三维成像。如中国专利201610315684.3揭示的快速获取大样本三维结构信息和分子表型信息的成像装置和方法，主要利用的是振动切片去除已成像表面，宽场显微镜获取新暴露样本表面数据的方法，但是由于样本不透明，折射率不均一，导致成像深度很浅，为了保障切削质量，切削厚度往往大于成像深度，如每次切削50微米，成像表面的10微米，属于间隔成像，会丢失部分信息，进而影响三维重建。

因此，如何精确获取大体积样本的三维连续数据是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种快速获取大体积样本三维数据的光透明方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种快速获取大体积生物样本三维数据的方法，包括如下步骤：

S1、第一次浸没步骤，将生物样本组织浸入光透明溶液中进行预处理，得到预处理后的生物样本组织；

S2、包埋步骤，将经过步骤S1预处理后的生物样本组织进行琼脂糖包埋，得到包埋后的生物样本组织；

S3、第二次浸没步骤，将经过步骤S2包埋后的生物样本组织再次浸泡于光透明溶液中；

S4、样本安装步骤，将包埋后的生物样本组织固定于样本槽内，并将所述样本槽固定于三维移动平台上；在所述样本槽中倒入所述光透明溶液直至淹没所述生物样本组织、显微物镜、用于切削的刀具，透明化所述生物样本组织的浅层表面；