CN116008217A - 一种精子尾部太赫兹成像的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种精子尾部太赫兹成像的测量方法，属于太赫兹近场生物成像领域，主要解决精子尾部的无染色快速成像问题。利用太赫兹近场成像系统的纳米级精度和太赫兹的穿透性，采取测量三步法，解决成像定位和内部成像难题，对精子尾部进行表面和内部成像，精度可以达30‑40纳米级别。本发明的测量方法具有操作简单、快速、高分辨的特点。

Description

一种精子尾部太赫兹成像的测量方法

技术领域

本发明属于太赫兹近场生物成像领域，具体涉及一种精子尾部太赫兹成像的测量方法。

背景技术

据统计，我国不孕不育人口已超过500万，约占育龄人口比例的12.5％，治愈率不到30％。在不育不孕的育龄夫妇中，由男方因素引起的不育占50％。临床表现为少、弱、畸形精子症，导致精子发育不正常的主要集中在精子的顶部和尾部缺陷。精子尾部与精子的运动功能密切相关，具有正常尾部结构的精子才能游动。精子尾部接近精子头部区域存在线粒体鞘，通过糖代谢为精子运动提供能量。精子获能后的尾部运动更为剧烈、并能诱发精子超激活运动，以便游向卵子。精子的运动能力直接决定了精子能否正常运输到输卵管与卵子受精。可见对精子尾部观察成像对诊断分析精子质量有一定的作用。

由于精子尾部直径小，常规的光学显微镜很难辨别精子尾部的图像，对精子尾部的高精度成像手段是电镜染色、切片进行成像处理，费事费力。电镜使用也局限于实验室阶段，难以应用到精子尾部的临床诊断中，且电镜成像需要对精子尾部进行染色，需要耗费比较长的时间。采样太赫兹近场系统可对精子尾部进行超分辨成像，精度可达到40纳米精度，既可以表面成像又可以内部进行成像，但是近场成像主要是利用探针针尖和精子尾部表面接触，双方尺寸都比较小，探针针尖在纳米级别，精子尾部在微米基本，难以进行准确定位，成像的操作不方便。

发明内容

为解决精子尾部的无染色快速成像问题，本发明提供一种精子尾部太赫兹成像的测量方法，其利用太赫兹近场成像系统，为一种纳米级精度的具体测量方法，可得到精子尾部表面和内部的结构，不需要对精子进行染色处理，也不需要对精子进行切片损坏处理，可有效对精子尾部表面和内部直接进行快速无损坏成像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种精子尾部太赫兹成像的测量方法，利用太赫兹近场成像系统，利用太赫兹近场成像系统的纳米级精度和太赫兹的穿透性，采取测量三步法，首先采取大测量范围的方式寻找精子尾部位置，其次在小测量范围对精子尾部表面进行成像，最后调节探针从而控制电压值对精子尾部进行表面和轴向方向的内部成像。

进一步地，所述大测量范围包含精子长度的一半，设置扫描范围在20-30μm范围内，分辨率为256，扫描频率为0.4Hz。

进一步地，所述小测量范围的扫描范围的中心定位在所述大测量大范围已成像的精子尾部上，扫描范围控制在10-15μm，分辨率为256，扫描频率为0.4Hz。

进一步地，所述内部成像的扫描范围的中心位置在所述小测量范围的成像基础上进行调整，扫描范围在10-15μm，分辨率为512或以上，扫描频率为0.2Hz或以下。

进一步地，所述太赫兹近场成像系统的探针下针模式为先采用自动下针模式再进行步进下针，Z轴电压值控制在-50～-100V之间。

利用太赫兹近场成像系统中的太赫兹穿透性特点可进行内部无损成像，利用系统高精度的特点成像精度可达到30-40纳米。

本发明的优点是，可对精子尾部处进行高精度的表面成像和轴向的内部无损成像，相比于光学显微镜精度高，相比于电子显微镜操作简单、快速，不需要进行染色处理，也不需要进行切片损坏处理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是精子尾部太赫兹成像示意图；

图2是探针和精子在光学显微镜下拍摄图；

图3是太赫兹成像精子尾部的形貌图；

图4是太赫兹成像精子尾部的内部图。

其中图1中：1是探针，2是精子尾部位置，图2中：3是精子。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种精子尾部太赫兹成像的测量方法，利用太赫兹近场成像系统进行成像，将精子样本固定在低阻硅片上，将带有精子样本的低阻硅片固定在太赫兹近场成像系统的磁片底座上，磁片底座吸附在太赫兹近场成像系统的载物台上。

如图1所示，打开太赫兹近场成像系统，将太赫兹近场成像系统中的探针1采取探针自动下针模式，纳米精度的探针1和精子尾部位置2之间的存在一定的原子力，在光学显微镜中成像如图2所示，精子3的尾部相当细小，难以观察，更难以观察精子尾部的具体细节。调节位置将精子尾部位置2调整在太赫兹近场成像系统中的探针1下方，如图1所示。

由于探针1的尺寸比精子尾部尺寸大，如图2中所示，同时精子尾部在探针1的针尖的下部，如图1中所示，很难精确的将探针1一次性快速和精子尾部进行接触并成像。本发明采取三步操作成像法，首先进行大范围测量，其次进行小范围测量，最后进行精确成像。具体如下：

步骤1、大范围测量：由于正常精子总长度在55-60μm，其中尾部宽1.0μm左右，长度40-50μm，首先进行大范围测量时，要包含精子长度的一半，确保精子尾部在第一次测量范围内，探针1在精子整体的上方，一般设置扫描范围在20-30μm范围内。太赫兹近场成像系统的其余设置分辨率一般为256，扫描频率为一般为0.4Hz，扫描时间在10min范围，采取探针自动进针模式，这样扫描成像主要是表面成像，成像精度在100纳米量级左右，成像精度不好。

步骤2、小范围测量：在大范围测量的第一次扫描成像的基础上，选择小测量范围进行测量，扫描范围的中心定位在已成像的精子尾部上，这样再次进行扫描时，探针1放置在精子尾部位置2的上方，扫描范围控制在10-15μm范围。太赫兹近场成像系统的其余设置分辨率一般为256，扫描频率为一般为0.4Hz，扫描时间在10min范围，采取探针自动进针模式，无论扫描成像还是表面成像，成像精度在50-60纳米量级，精度偏低。

步骤3、内部成像测量：在小范围测量的成像基础上对扫描范围的中心位置进行调整，确保精子尾部位置2都能够在扫描范围中，扫描范围不变，在10-15μm范围。为提高精子尾部成像精度，太赫兹近场成像系统的其余设置分辨率一般为512或以上，扫描频率为一般为0.2Hz或以下，扫描时间在40min以上。近场成像系统的探针进针模式为先自动进针模式再进行步进进针，在参数上主要表现为Z轴电压值，Z轴电压值在-180V到180V之间，和扫描器的伸缩参数距离有关。Z轴电压值为180V时探针和精子尾部距离最远，为-180V时探针和样品距离最近。考虑精子尾部直径方向尺寸在1μm左右，为了使精子尾部内部成像清晰，使探针步进下的Z轴电压值控制在-50～-100V之间。扫描结束，得到如图3所示的精子尾部形貌图和如图4所示的精子尾部内部图，成像精度在30-40纳米级别。

纳米级别的精子主要利用太赫兹近场系统的探针保证，内部成像主要利用太赫兹近场成像的太赫兹具有一定的穿透性，采取大范围测量、小范围测量、内部成像测量三步法保证精子尾部成像的位置和内部成像的高分辨率。本测量方法具有操作简单、快速、高分辨的特点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种精子尾部太赫兹成像的测量方法，其特征在于，利用太赫兹近场成像系统，利用太赫兹近场成像系统的纳米级精度和太赫兹的穿透性，采取测量三步法，首先采取大测量范围的方式寻找精子尾部位置，其次在小测量范围对精子尾部表面进行成像，最后调节探针从而控制电压值对精子尾部进行表面和轴向方向的内部成像。

2.根据权利要求1所述的一种精子尾部太赫兹成像的测量方法，其特征在于：所述大测量范围包含精子长度的一半，设置扫描范围在20-30μm范围内，分辨率为256，扫描频率为0.4Hz。

3.根据权利要求1所述的一种精子尾部太赫兹成像方法，其特征在于：所述小测量范围的扫描范围的中心定位在所述大测量大范围已成像的精子尾部上，扫描范围控制在10-15μm，分辨率为256，扫描频率为0.4Hz。

4.根据权利要求1所述的一种精子尾部太赫兹成像方法，其特征在于：所述内部成像的扫描范围的中心位置在所述小测量范围的成像基础上进行调整，扫描范围在10-15μm，分辨率为512或以上，扫描频率为0.2Hz或以下。

5.根据权利要求1所述的一种精子尾部太赫兹成像方法，其特征在于：所述太赫兹近场成像系统的探针下针模式为先采用自动下针模式再进行步进下针，Z轴电压值控制在-50～-100V之间。

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