CN114287881A - 一种微型单光子荧光显微镜植入装置及植入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微型单光子荧光显微镜植入装置及植入方法，该装置包括：卡座，其上设有一卡槽；卡块；卡槽底面开设有一凹槽，卡块端部设有第一凸起，凹槽底面垂直开设有一贯通的容纳孔。本发明的植入装置，利用容纳孔作为透镜的夹持工具，可起到防止损坏透镜，防止透镜倾斜，且可以确保透镜表面与卡座的卡槽底面垂直，埋植过程中省去了透镜调平的过程，保证实验精度；本申请通过将卡座与透镜作为一个整体一次性安置在最佳工作位置，仅通过一次手术完成所有的实验装置的装配，减少对动物的影响；本申请不需要调节透镜即可实现透镜表面即与荧光显微镜镜头表面相互平行并保留0.48～0.52mm的工作距离，大大提高工作效率。

Description

一种微型单光子荧光显微镜植入装置及植入方法

技术领域

本发明涉及神经生物学技术领域，尤其涉及一种微型单光子荧光显微镜植入装置及植入方法。

背景技术

目前，在神经生物学领域，可以在小鼠的实验目标脑区注射各种神经电活动依赖的荧光载体工具，借助微型单光子荧光显微镜，对深部脑区直观的神经细胞活动进行观测。该技术在实现过程中需要完成与显微镜适配的透镜与固定显微镜的卡槽的装配。其中，因显微镜无法直接植入深部脑区，因此需借助特制的圆柱形透镜与显微镜联用，作为镜头的延伸，实现深部脑区视野的捕捉。

作为显微镜镜头的延伸，露出小鼠颅骨外的透镜部分，其表面应与显微镜镜头表面绝对平行，才能保证其作为镜头的延伸，且透镜与显微镜表面需留有0.5mm工作距离，才能发挥作用。要达到微型显微镜的理想工作状态，需要解决三个技术问题。第一，透镜的精准埋植，在神经生物学领域，普遍存在向小鼠特定脑区埋植光纤的的实验需求，一般使用立体定位仪配合配套的操纵杆即可完成光纤的夹取、固定和埋植，埋植光纤的适配装置比较成熟。但单光子钙成像技术因发展不完全成熟，在埋植透镜的过程中，还未出现与之适配的操纵杆，目前行业较为成熟的解决办法是南京千奥星科公司的技术方案，即在埋植光纤的操纵杆的基础上加装树脂框夹持器，但此方法无法解决夹持过程中透镜前后倾斜的问题，导致透镜埋植过程繁琐，成功率低，具体的，千奥星科的透镜夹持解决方案如图2所示。在透镜埋植成功后，需要使实验动物经过三周时间，所注射的工具病毒表达完成，才可以进行第二次手术，第二次手术的目的为：在实验动物颅骨表面装备微型荧光显微镜安装座。在此过程中，安装座的上下表面应与圆柱形透镜的底面平行，以确保荧光显微镜镜头插入安装座后镜头表面与透镜表面平行并且重合，但留有0.5mm间隙，千奥星科的解决方案是，设计出没有上下底面只有四个侧面的安装座，如图1所示，其中一个侧面带有螺丝孔，将显微镜镜头插入安装座后以螺栓将荧光显微镜镜头与安装座固定，随后使用其设计的微型显微镜夹持器，将带有安装座的荧光显微镜夹持，然后使用立体定位仪进行微型荧光显微镜镜头与透镜的对齐，在荧光显微镜视野下找到理想的视野后，保持实验动物头部和带有安装座的荧光显微镜不动，用光固化树脂将安装座与实验动物颅骨表面粘合，随后松动安装座上的螺栓，将荧光显微镜取出，完成安装座的装配，正式实验时，将荧光显微镜镜头插入安装座，进行显微成像观察，其整个解决方案如图3～4所示。因为安装座的四壁与透镜表面是否垂直直接决定了荧光显微镜镜头进入安装座后表面与透镜表面是否平行，所以该操作需要足够的精度，存在很大的技术问题，同时需要消耗大量的时间。

综上现有技术中存在以下缺陷：1、需要进行两次手术，即第一次透镜的植入以及第二次实验动物颅骨表面装备微型荧光显微镜安装座的安装，两次手术，均需将小鼠麻醉固定，两次手术会给动物造成额外的影响，对实验造成大的干扰；2、现有技术中需要采用树脂框夹持器夹持透镜进行埋植，伴随有损坏镜头的风险，在夹持过程中透镜容易倾斜，而且容易造成埋植坐标不准，观察不到目标脑区细胞活动，导致实验失败；3、荧光显微镜安装座的安装需要足够的精度，操作费时费力。

基于现有技术存在的缺陷有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种微型单光子荧光显微镜植入装置及植入方法，解决或至少部分解决现有技术中存在的技术缺陷。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种微型单光子荧光显微镜植入装置，包括：

卡座，其上设有一卡槽，所述卡槽与荧光显微镜相适配；

卡块，其与所述卡槽相适配，所述卡块可卡设于所述卡槽内；

所述卡槽底面开设有一凹槽，所述卡块端部设有与所述凹槽相适配的第一凸起，所述凹槽与所述第一凸起的高度均为0.48～0.52mm，所述凹槽底面垂直开设有一贯通的容纳孔，所述容纳孔用以夹持透镜，所述凹槽底面以及所述卡槽的位于凹槽之外的底面相互平行。

一种微型单光子荧光显微镜植入装置，包括：

卡座，其上设有一卡槽，所述卡槽与荧光显微镜相适配；

卡块，其与所述卡槽相适配，所述卡块可卡设于所述卡槽内；

所述卡槽底面垂直开设有一贯通的容纳孔，所述容纳孔用以夹持透镜，所述卡块端部设有与所述容纳孔相适配的第二凸起，所述第二凸起可卡设于所述容纳孔内，所述第二凸起的高度为0.48～0.52mm。

优选的是，所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，所述卡座侧壁还开设有螺孔，当所述卡块卡设于所述卡槽内，一螺栓螺接于所述螺孔内并抵接所述卡块。

优选的是，所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，所述凹槽与所述第一凸起的高度均为0.5mm，所述第二凸起的高度为0.5mm。

优选的是，所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，所述卡块包括第一部分和位于所述第一部分上的第二部分，所述第一部分与所述卡槽相适配，所述第一部分可卡设于所述卡槽内，所述第二部分在水平面上的投影面积大于所述第一部分在水平面上的投影面积。

优选的是，所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，所述卡座下端面还设有一套筒，所述容纳孔位于所述套筒内。

优选的是，所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，所述卡座外周还设有多个固定块。

第二方面，本发明还提供了一种微型单光子荧光显微镜植入方法，包括以下步骤：

提供所述的微型单光子荧光显微镜植入装置；

将所述卡块卡设于所述卡座的卡槽内，以使所述第一凸起卡设于所述凹槽内或使所述第二凸起卡设于所述容纳孔内；

将透镜插入所述容纳孔内以使透镜端部抵接所述第一凸起或第二凸起；

再将所述卡座固定在立体定位仪上，参照脑图谱，确定目标脑区的位置参数，在实验动物目标脑区上方的颅骨表面钻孔，穿透颅骨，使用立体定位方法，将透镜埋植于实验动物颅内，待透镜植入深度到达目标脑区后，保持立体定位仪操纵臂静止，将所述卡座底部与实验动物颅骨表面涂抹光固化树脂，光照后，使所述卡座固定；

拔出卡块，将荧光显微镜卡设于所述卡座的卡槽内。

优选的是，所述的微型单光子荧光显微镜植入方法，将透镜插入所述容纳孔后还在容纳孔端部涂抹粘结剂。

本发明的一种微型单光子荧光显微镜植入装置及植入方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明的微型单光子荧光显微镜植入装置及植入方法，利用容纳孔作为透镜的夹持工具，可起到防止损坏透镜，防止透镜倾斜，且可以确保透镜表面与卡座的卡槽底面垂直，埋植过程中省去了透镜调平的过程，保证实验精度；本申请通过在卡座上设置容纳孔，容纳孔可夹持透镜，这样可将卡座与透镜作为一个整体一次性安置在最佳工作位置，仅通过一次手术完成所有的实验装置的装配，减少对动物的影响，确保实验结果的精度；进一步的，本申请的容纳孔与凹槽垂直，并且凹槽与第一凸起的高度均为0.48～0.52mm，这样不需要调节透镜即可实现透镜表面即与荧光显微镜镜头表面相互平行并保留0.48～0.52mm的工作距离，大大提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中荧光显微镜植入装置示意图；

图2为现有技术中立体定位仪夹持透镜的示意图；

图3为现有技术中透镜植入在实验动物的目标脑区示意图；

图4为现有技术中荧光显微镜、安装座调整至适当位置示意图；

图5为本发明其中一个实施例中型单光子荧光显微镜植入装置的结构示意图；

图6为本发明其中一个实施例中型单光子荧光显微镜植入装置的结构示意图；

图7为本发明其中一个实施例中卡座、卡块和透镜示意图；

图8为本发明其中一个实施例中卡座的结构示意图；

图9为本发明其中一个实施例中卡座的侧视图；

图10为本发明其中一个实施例中卡块的结构示意图；

图11～12本发明其中一个实施例中微型单光子荧光显微镜植入方法示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本申请的限制。

如图5～10所示，本申请实施例提供了一种微型单光子荧光显微镜植入装置，包括：

卡座1，其上设有一卡槽11，卡槽11与荧光显微镜相适配；

卡块2，其与卡槽11相适配，卡块2可卡设于卡槽11内；

卡槽11底面开设有一凹槽12，卡块2端部设有与凹槽12相适配的第一凸起3，凹槽12与第一凸起3的高度均为0.48～0.52mm，凹槽12底面垂直开设有一贯通的容纳孔4，容纳孔4用以夹持透镜5，凹槽12底面以及卡槽11的位于凹槽12之外的底面相互平行。

需要说明的是，本申请实施例提供的微型单光子荧光显微镜植入装置，包括卡座1和卡块2，卡座1上开设有卡槽11，卡槽11与荧光显微镜相适配，荧光显微镜(具体指荧光显微镜镜头)可卡设在卡槽11内，卡块2也可卡设在卡槽11内，即卡块2与荧光显微镜形状完全相同，在卡槽11底部开设凹槽12，对应的，在卡块2端部设置第一凸起3，第一凸起3与凹槽12相适配，第一凸起3可卡设在凹槽12内，凹槽12与第一凸起3的高度均为0.48～0.52mm，同时，还在凹槽12底部垂直开设容纳孔4，容纳孔4与透镜5相适配，容纳孔4用以夹持透镜5，凹槽12底面以及卡槽11的位于凹槽12之外的底面相互平行；在使用时，先将卡块2卡设在卡槽11内时并使得第一凸起3卡设在凹槽12内，然后将透镜5插入容纳孔4内，并使得透镜5端部抵接在第一凸起3下端面，此时，透镜5上端面与第一凸起3下端面之间相互平行，然后，再将卡块2拔出，将荧光显微镜镜头完全插入卡槽11，此时透镜5表面即与荧光显微镜镜头表面相互平行，并且透镜5与荧光显微镜之间的间隙为0.48～0.52mm。

具体的，图1为现有技术中南京千奥星科公司的荧光显微镜植入装置，包括显微镜安装座8，安装座8开设有安装孔81，荧光显微镜可卡设在安装孔81上，同时安装座8侧壁开设有螺丝孔82，当荧光显微镜卡设在安装孔81后，将螺栓旋入螺丝孔82使其抵紧荧光显微镜进而使得荧光显微镜更稳定的卡设在安装座8内。

图2为现有技术中立体定位仪夹持透镜的示意图，具体的，图2中立体定位仪9，安装在立体定位仪9上的操纵杆91，应用时，先将树脂框92安装在操纵杆91再将透镜5置于树脂框92上的安装孔内然后使用螺钉93将透镜5紧固，即完成了立体定位仪对透镜的夹持。

在使用时，参照脑图谱，确定实验动物目标脑区的位置参数，在目标脑区上方的颅骨表面钻孔，穿透颅骨，通过夹持有透镜的立体定位仪使用常规立体定位的方法，将透镜埋植于实验动物颅内，如图3所示，显示了透镜5植入在实验动物的目标脑区90，此时，透镜5一端埋置于目标脑区90，另一端暴露于颅骨外，并采取一定保护措施，待病毒已经充分表达，该目标脑区可见荧光；如图4所示，再将荧光显微镜80的镜头部分插入安装座8上的安装孔81后，再使用螺栓紧固，此时荧光显微镜80和安装座8二者成为一体，称之为装配体，使用夹持工具夹持装配体，在装配体与透镜达到适当位置时，视野中将出现荧光，通过视野中荧光的清晰度适当调整装配体的位置，当荧光显微镜80的镜头平面与透镜平面二者绝对平行时且荧光显微镜80的镜头平面与透镜平面间隙达到0.5mm，即达到了适当位置，随即将安装座8固定于颅骨表面，随后松开固定螺栓，取出荧光显微镜80，实验时再将荧光显微镜80插入安装孔81即可获得最佳视野。

对比本申请和现有技术，本申请的微型单光子荧光显微镜植入装置，利用容纳孔作为透镜的夹持工具，可起到防止损坏透镜，防止透镜倾斜，且可以确保透镜表面与卡座的卡槽底面垂直，埋植过程中省去了透镜调平的过程，保证实验精度；本申请通过在卡座上设置容纳孔，容纳孔可夹持透镜，这样可将卡座与透镜作为一个整体一次性安置在最佳工作位置，仅通过一次手术完成所有的实验装置的装配，减少对动物的影响，确保实验结果的精度；进一步的，本申请的容纳孔与凹槽垂直，并且凹槽与第一凸起的高度均为0.48～0.52mm，这样不需要调节透镜即可实现透镜5表面即与荧光显微镜镜头表面相互平行并保留0.48～0.52mm的工作距离，大大提高工作效率。

在一些实施例中，请再次参考图6所示，一种微型单光子荧光显微镜植入装置，包括：

卡座1，其上设有一卡槽11，卡槽11与荧光显微镜相适配；

卡块2，其与卡槽11相适配，卡块2可卡设于卡槽11内；

卡槽11底面垂直开设有一贯通的容纳孔4，容纳孔4用以夹持透镜5，卡块2端部设有与容纳孔4相适配的第二凸起6，第二凸起6可卡设于容纳孔4内，第二凸起6的高度为0.48～0.52mm。

在上述实施例中，容纳孔4直接开设在卡槽11底部，而卡块2端部开设与容纳孔4相适配的第二凸起6，第二凸起6的高度为0.48～0.52mm，第二凸起6的高度为0.48～0.52mm可卡设在容纳孔4内，在使用时，先将卡块2插入卡槽11内并使得第二凸起6完全卡设在容纳孔4的一端，再将透镜5插入容纳孔4另一端，并使得透镜5端部抵接在第二凸起6下端面，此时，透镜5与第二凸起6垂直，然后，再将卡块2拔出，将荧光显微镜(具体的是显微镜镜头部分)完全插入卡槽11，此时透镜5表面即与荧光显微镜镜头表面相互平行，并且透镜5与荧光显微镜之间的间隙为0.48～0.52mm。

在一些实施例中，卡座1侧壁还开设有螺孔13，当卡块2卡设于卡槽11内，一螺栓螺接于螺孔13内并抵接卡块2。

在上述实施例中，通过在卡座1侧壁开设螺孔13，当卡块2卡设于卡槽11内时，将螺栓螺接在螺孔13内，并使得螺栓仅仅抵接在卡块2上，这样可使得卡块2更稳定的卡设在卡槽11内。

在一些实施例中，凹槽12与第一凸起3的高度均为0.5mm，第二凸起6的高度为0.5mm。具体的，第一凸起3为直径为3.7mm的圆柱形凸起。

在上述实施例中，凹槽12与第一凸起3的高度均为0.5mm，第二凸起6的高度为0.5mm，这样可保证透镜5与荧光显微镜之间的间隙为0.5mm，更好的进行实验。

在一些实施例中，卡块2包括第一部分21和位于第一部分21上的第二部分22，第一部分21与卡槽11相适配，第一部分2可卡设于卡槽11内，第二部分22在水平面上的投影面积大于第一部分21在水平面上的投影面积。

在上述实施例中，卡块2包括第一部分21和第二部分22，使用时第一部分21卡设在卡槽11内，而第二部分则露在卡槽11外，并在第二部分22在水平面上的投影面积大于第一部分21在水平面上的投影面积，这样通过第二部分22即可方便的将卡块2从卡槽11内拔出。

在一些实施例中，卡座1下端面还设有一套筒7，容纳孔4位于套筒7内。通过在卡座1下端面且位于容纳孔4外周设置套筒7，这样当透镜5插入容纳孔4内还可在套筒7内且位于容纳孔4端口位置涂抹粘结剂，使得透镜5更稳定的卡设在容纳孔4内。

在一些实施例中，卡座1外周还设有多个固定块14，通过设置多个固定块14，在将卡座1固定在实验动物颅骨表面时，增加接触面积，从而增强牢固性。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种微型单光子荧光显微镜植入方法，包括以下步骤：

S1、提供上述的微型单光子荧光显微镜植入装置；

S2、将卡块卡设于卡座的卡槽内，以使第一凸起卡设于凹槽内或使第二凸起卡设于所述容纳孔内；

S3、将透镜插入容纳孔内以使透镜端部抵接第一凸起或第二凸起；

S4、再将卡座固定在立体定位仪上，参照脑图谱，确定目标脑区的位置参数，在实验动物目标脑区上方的颅骨表面钻孔，穿透颅骨，使用立体定位方法，将透镜埋植于实验动物颅内，待透镜植入深度到达目标脑区后，保持立体定位仪操纵臂静止，将卡座底部与实验动物颅骨表面涂抹光固化树脂，光照后，使卡座固定；

S5、拔出卡块，将荧光显微镜卡设于卡座的卡槽内。

在一些实施例中，将透镜插入容纳孔后还在容纳孔端部涂抹粘结剂。

具体的，实验动物包括但不限于小鼠。

具体的，请参考图11～12所示，将卡块2卡设在卡座1的卡槽内，并且使得卡块2下端的第一凸起3完全贴合在凹槽12，同时使用螺栓螺接卡座1侧壁开设的螺孔13内并抵接卡块2使卡块2更稳固，然后将透镜5插入容纳孔4，并在容纳孔4端口涂抹粘结剂(例如柔性胶水)，使得透镜5更稳固的安装在容纳孔4内，然后再将透镜5、卡块2和卡座1作为一个整体固定在立体定位仪上，参照脑图谱，确定目标脑区的位置参数，在实验动物目标脑区上方的颅骨表面钻孔，穿透颅骨，使用立体定位方法，将透镜埋植于实验动物颅内，待透镜植入深度到达目标脑区后，保持立体定位仪操纵臂静止，将卡座底部与实验动物颅骨表面涂抹光固化树脂，光照一定时间后使树脂固化，进而使得卡座1固定在当前位置，此时，透镜5一端端面位于目标脑区，另一端端面位于卡座1的容纳孔4内，透镜5的端面与卡槽11底面平行、且与卡块2下端的第一凸起3的下表面接触；然后松动卡座1侧壁的螺栓，拔出卡块2，再将荧光显微镜镜头插入卡槽11内，此时显微镜镜头表面与透镜表面存在0.48～0.52mm工作距离，并且显微镜镜头表面与透镜5表面相互平行，此时，可以开始进行成像实验。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种微型单光子荧光显微镜植入装置，其特征在于，包括：

卡座，其上设有一卡槽，所述卡槽与荧光显微镜相适配；

卡块，其与所述卡槽相适配，所述卡块可卡设于所述卡槽内；

所述卡槽底面开设有一凹槽，所述卡块端部设有与所述凹槽相适配的第一凸起，所述凹槽与所述第一凸起的高度均为0.48～0.52mm，所述凹槽底面垂直开设有一贯通的容纳孔，所述容纳孔用以夹持透镜，所述凹槽底面以及所述卡槽的位于凹槽之外的底面相互平行。

2.一种微型单光子荧光显微镜植入装置，其特征在于，包括：

卡座，其上设有一卡槽，所述卡槽与荧光显微镜相适配；

卡块，其与所述卡槽相适配，所述卡块可卡设于所述卡槽内；

所述卡槽底面垂直开设有一贯通的容纳孔，所述容纳孔用以夹持透镜，所述卡块端部设有与所述容纳孔相适配的第二凸起，所述第二凸起可卡设于所述容纳孔内，所述第二凸起的高度为0.48～0.52mm。

3.如权利要求1或2所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，其特征在于，所述卡座侧壁还开设有螺孔，当所述卡块卡设于所述卡槽内，一螺栓螺接于所述螺孔内并抵接所述卡块。

4.如权利要求1或2所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，其特征在于，所述凹槽与所述第一凸起的高度均为0.5mm，所述第二凸起的高度为0.5mm。

5.如权利要求1或2所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，其特征在于，所述卡块包括第一部分和位于所述第一部分上的第二部分，所述第一部分与所述卡槽相适配，所述第一部分可卡设于所述卡槽内，所述第二部分在水平面上的投影面积大于所述第一部分在水平面上的投影面积。

6.如权利要求1或2所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，其特征在于，所述卡座下端面还设有一套筒，所述容纳孔位于所述套筒内。

7.如权利要求1或2所述的微型单光子荧光显微镜植入装置，其特征在于，所述卡座外周还设有多个固定块。

8.一种微型单光子荧光显微镜植入方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供如权利要求1～7任一所述的微型单光子荧光显微镜植入装置；

将所述卡块卡设于所述卡座的卡槽内，以使所述第一凸起卡设于所述凹槽内或使所述第二凸起卡设于所述容纳孔内；

将透镜插入所述容纳孔内以使透镜端部抵接所述第一凸起或第二凸起；

再将所述卡座固定在立体定位仪上，参照脑图谱，确定目标脑区的位置参数，在实验动物目标脑区上方的颅骨表面钻孔，穿透颅骨，使用立体定位方法，将透镜埋植于实验动物颅内，待透镜植入深度到达目标脑区后，保持立体定位仪操纵臂静止，将所述卡座底部与实验动物颅骨表面涂抹光固化树脂，光照后，使所述卡座固定；

拔出卡块，将荧光显微镜卡设于所述卡座的卡槽内。

9.如权利要求8所述的微型单光子荧光显微镜植入方法，其特征在于，将透镜插入所述容纳孔后还在容纳孔端部涂抹粘结剂。

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