CN112730374A - 一种用于在体血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针 - Google Patents

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夏嘉斌
于明鑫
董明利
孙广开
何彦霖
庄炜
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
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Abstract

本发明涉及一种用于在体血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针，光纤拉曼探针主要有激发光纤、收集光纤、具有拉曼增强基底光纤端面组成。激发光通过探针激发光纤，激发在具有拉曼增强基底光纤端面上的血液上，所激发的拉曼信息由收集光纤收集，送入拉曼光谱仪进行分析。探针主要通过拉曼增强基底光纤端面的设计，大幅度提高血液中物质指标的拉曼光谱，实现拉曼光谱的定性与定量分析。

Description

一种用于在体血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针
技术领域
本发明涉及一种光纤拉曼探针，特别涉及一种用于在体血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针。
背景技术
健康的血液是健康身体的源泉。血脂、血压、血糖、血黏度是血液健康的四大指标，当其中任何一项指标超过或低于正常值时，就会引起机体的多种病变。据资料显示，我国约有3.5亿血液不健康群体，并逐年呈低龄化趋势，每年因此导致的心脑血管病死亡人数有260万人，平均每小时死亡300人。
在血液斑块检测方面，由于样品中的每一种化学成分都具有独特的分子结构，拉曼光谱利用弹性散射激光可以提供分子键振动的详细信息，因此可以通过分析生成的拉曼光谱来对其成分进行评价。不同钙化程度下斑块中的甘油酸酯、胆固醇等的含量以及化学成分均不一样，拉曼光谱学即可根据血液斑块的化学成分来区分它们。
拉曼光谱学有能力提供其他方法无法获得的各种化学和形态学成分的具体信息，因此，已确定拉曼光谱在体外研究的医学潜力。光纤探针的设计在过去的十年中有了长足的进步，这表明拉曼光谱是一种潜在的、有用的临床技术。目前，商业上已经存在了一些可用在体内研究的探针，但由于所使用的激发波长和光学结构并没有针对应用于组织进行优化，使得这些探针大多局限于皮肤和其他容易接近的器官。
拉曼光谱是一种散射光谱，拉曼效应较弱，又因为光线进入组织的时间相对较短，得到的拉曼光谱效应更弱。同时，从组织反射的激光也会进入收集光纤，产生额外的光纤背景，除了模糊和扭曲感兴趣的频谱，强烈的光纤背景增加了镜头噪声信号。这种噪声通常比组织的拉曼光谱带大，进一步损害组织到达探测器的拉曼光谱质量。因此必须用光学滤光器尽可能多地去除背景，同时需要设计探针以达到优化吞吐量和最大化收集效率的目的，以便在临床实际的时间范围内进行精确的分析是至关重要的。
现有的宏观及显微拉曼系统体积较大，主要应用于对生物的体外和离体(切片)组织的拉曼光谱采集。穿刺活检在医院是一种病理分析和诊断的常规手段，但是这类体内采样体外分析的方法存在活检材料被污染的风险，减低了穿刺活检的准确率。获得拉曼光谱临床应用潜力的一个关键障碍是缺乏小直径，强拉曼光谱效应的拉曼光纤探针，这些探针需具有合适的光学滤光片，且能够将激发的激光传送到体内组织，并能有效地收集拉曼散射光。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于在体血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针，将表面增强技术与光纤拉曼技术相结合，提高了拉曼光谱信噪比，更有效率的检测低浓度的血液成分；本发明所提供的具有表面增强效应的拉曼探针具有结构简单、操作方便、灵敏度高和可靠性高的特点，克服了常规拉曼探针拉曼效应较弱，信噪比较低，不能高灵敏度与高精度的提取有效信息的弊端，增加装置的适用性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于在体血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针，包括激发光纤，所述激发光纤外壁均匀包裹有收集光纤，所述收集光纤外壁包裹有光纤束保护套。
优选的,所述激发光纤为多模纯石英光纤,芯径直径为50/62.6/100um。
优选的,所述收集光纤为多模纯石英光纤,芯径直径为50/62.6/100um。
优选地，所述收集光纤设置有六个，六个所述收集光纤围绕所述激发光纤均匀排布。
优选的，所述激发光纤和所述收集光纤端面均镀有金纳米颗粒，所述金纳米颗粒厚度为0～100nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、将表面增强技术与光纤拉曼技术相结合，提高了拉曼光谱信噪比，更有效率的检测低浓度的血液成分；
2、本发明所提供的具有表面增强效应的拉曼探针具有结构简单、操作方便、灵敏度高和可靠性高的特点，克服了常规拉曼探针拉曼效应较弱，信噪比较低，不能高灵敏度与高精度的提取有效信息的弊端。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明光纤拉曼探针示意图。
图中：
1、激发光纤 2、收集光纤 3、光纤束保护套
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于能够进入人体血管的血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针。它将表面增强技术与光纤拉曼技术相结合，提高了拉曼光谱信噪比，更有效率的检测低浓度的血液成分。本专利所提供的具有表面增强效应的拉曼探针具有结构简单、操作方便、灵敏度高和可靠性高的特点，克服了常规拉曼探针拉曼效应较弱，信噪比较低，不能高灵敏度与高精度的提取有效信息的弊端。
为了达到这个目的，本发明所述的拉曼探针的设计目标如下:探头必须小于1毫米，并能灵活地接触到远程器官；在安全水平的激光照射下，必须能够在大约1秒内收集高信噪比的信噪比光谱，以便准确地临床应用。
一种用于在体血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针主要包括激发光纤1、收集光纤2、光纤束保护套3、具有拉曼增强基底光纤端面。由于血液中物质成分浓度相对较低，因此，对于血液成分检测而言，增强血液成分拉曼信号是关键问题。本发明利用拉曼表面增强效应，将金纳米颗粒均匀的涂在光纤端面上，使得在于血液接触的探针端口出，能在激发光的激发下，通过表面增强拉曼效应，产生表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)引起的局域电磁场增强，增加了血液成分的拉曼光谱信号。
本发明中的激发光纤1选用多模纯石英光纤，降低光纤拉曼光谱的产生，芯径直径为50/62.6/100um，设计了一系列的激发光纤，以满足不同的应用需求。
本发明中的光纤拉曼探针收集光纤2选用多模纯石英光纤，降低光纤拉曼光谱的产生，芯径直径为50/62.6/100um，设计了一系列的收集光纤，选用以应用需求和配备的拉曼光谱仪为基准，并且将收集光纤设计为单行排列的光纤束，以适应配备的拉曼光谱仪狭缝形态，提高拉曼光收集效率。
本发明中设计将收集光纤2围绕激发光纤1均匀排布，但不限制数量，如图1所示，由六根收集光纤2围绕一根激发光纤1铺设。
本发明中的光纤保护套3采用环氧树脂(M-31CL)的卷曲保护管，探头的所有组成部分都是由医用级材料制成，可以承受标准的冷气体环氧乙烷灭菌的外科手术。
本发明中所有光纤端面都镀有金纳米颗粒，颗粒保证均匀但不致密，颗粒厚度限制在100nm以内，激发光与拉曼光能通过光纤端面。
本发明的有益效果是：将表面增强技术与光纤拉曼技术相结合，提高了拉曼光谱信噪比，更有效率的检测低浓度的血液成分；本发明所提供的具有表面增强效应的拉曼探针具有结构简单、操作方便、灵敏度高和可靠性高的特点，克服了常规拉曼探针拉曼效应较弱，信噪比较低，不能高灵敏度与高精度的提取有效信息的弊端。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种用于在体血液低浓度成分检测的光纤拉曼探针，其特征在于，包括：激发光纤，所述激发光纤外壁均匀包裹有收集光纤，所述收集光纤外壁包裹有光纤束保护套。
2.根据权利要求1所述的光纤拉曼探针，其特征在于，所述激发光纤为多模纯石英光纤，芯径直径为50/62.6/100um。
3.根据权利要求1所述的光纤拉曼探针，其特征在于，所述收集光纤为多模纯石英光纤，芯径直径为50/62.6/100um。
4.根据权利要求1所述的光纤拉曼探针，其特征在于，所述收集光纤设置有六个，六个所述收集光纤围绕所述激发光纤均匀排布。
5.根据权利要求1所述的光纤拉曼探针，其特征在于，所述激发光纤和所述收集光纤端面均镀有金纳米颗粒，所述金纳米颗粒厚度为0～100nm。
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