CN209858434U - 荧光收集装置及微型双光子显微镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种荧光收集装置及微型双光子显微镜，其中，上述荧光收集装置包括第一光路、第二光路和第三光路，第一光路和第二光路为光遗传操控光路，第三光路为荧光收集光路，上述光路均包括有透镜、滤光片、二向色镜、红外滤光片以及耦合透镜。本实用新型实施例提供的荧光收集装置及微型双光子显微镜将两路光遗传操控光路和荧光收集光路进行集成化，通过选择滤光片和二向色镜和复用红外滤光片和耦合透镜，实现了不增加微型双光子显微探头的重量和体积，但能够同时进行不同的光遗传操控和用于双光子神经元成像的荧光信号收集，并实现不同形式的光遗传学刺激，进而实现不同光遗传学刺激下荧光信号的同步收集，操作简单、使用方便。

Description

荧光收集装置及微型双光子显微镜

技术领域

本实用新型实施例涉及双光子显微镜技术领域，尤其涉及一种荧光收集装置以及微型双光子显微镜。

背景技术

神经元是神经系统的结构和功能单位，有接受、整合和传递信息的功能。神经元按其功能可分为传入神经元(感觉神经元)、中间神经元 (联络神经元)和传出神经元(运动神经元)三种。如果按照对后继神经元的影响来分类，则可分为兴奋性神经元和抑制性神经元。神经元作为神经系统的重要组成部分，一直是医学和生物学领域重要的研究课题。而对神经元活性的研究一般采用单光纤对动物脑部神经元进行观察或通过对神经元进行荧光成像的方法来获取神经元的活性信息，例如利用传统的台式双光子显微镜或微型单光子显微镜对动物脑部神经元进行观察成像。

利用单光纤对动物脑部神经元进行观察是直接通过导入激光光纤到动物脑部的特定脑区，开启激光光源对特定的光遗传蛋白进行照射 (操控)来观察脑部神经元，优点是结构简单，但是这种方法不能精确的完成对单个神经元的光遗传学操控，且不能对相应的神经元进行成像；传统的台式双光子显微镜对动物脑部神经元进行观察成像时，由于传统的台式双光子显微镜体积很大，光遗传学光路集成在主镜体中，实验动物必须稳固的固定在显微物镜下或者在麻醉情况下放置显微物镜下，进行成像和光遗传学操控，如若使用传统的台式双光子显微镜来研究光遗传学操控下的小鼠自由运动，目前只能在小鼠下方安装跑步机，前方放置显示屏，通过虚拟现实的方式，模拟小鼠的运动。但是这种虚拟现实的方法招到很多科学家的质疑，认为这种方式和动物真正的运动和行为是很不一样的，并不能得到准确的神经元的活性信息。微型单光子显微镜可以戴在小鼠头上，在小鼠自由运动的状况下，对小鼠脑部神经区域的神经元进行观察成像，但由于微型单光子显微镜的对比度很差，无法清晰的看到神经树突、轴突甚至神经元胞体，且由于其佩戴在小鼠头上，受其体积限制，微型单光子显微镜中仅集成了用于荧光信号收集的荧光收集装置，无法同步完成光遗传操控和荧光信号收集。

因此，需要一种能够集成在微型显微镜上不增加显微镜体积的情况下，在自由运动小鼠上，同步完成光遗传操控和荧光信号收集的装置，且具有足够高的分辨率和成像对比度。

实用新型内容

针对背景技术中现有技术存在的缺陷，本实用新型实施例提供了一种荧光收集装置以及微型双光子显微镜。

第一方面，本实用新型实施例提供的一种荧光收集装置，该荧光收集装置包括：

光遗传光源控制器、第一光遗传操控光源、第一光纤、第一光纤通用接口、第二光遗传操控光源、第二光纤、第二光纤通用接口、第三光纤通用接口、光电倍增管以及在所述第一光纤通用接口和所述第三光纤通用接口之间的第一光路、在所述第二光纤通用接口和所述第三光纤通用接口之间的第二光路、在所述第三光纤通用接口和光电倍增管之间的第三光路，其中：

所述第一光路依次包括位于所述第一光纤通用接口和所述第三光纤通用接口之间的第一透镜、第一滤光片、第一二向色镜、第二二向色镜、红外滤光片以及耦合透镜；其中，所述第一光路，用于传导所述第一光纤传输的第一激光信号从所述第一光纤通用接口至所述第三光纤通用接口，所述第一激光信号为所述光遗传光源控制器控制所述第一光遗传操控光源发出的激光信号；

所述第二光路依次包括位于所述第二光纤通用接口和所述第三光纤通用接口之间的第二透镜、第二滤光片、所述第一二向色镜、所述第二二向色镜、红外滤光片以及耦合透镜；其中，所述第二光路，用于传导所述第二光纤传输的第二激光信号从所述第二光纤通用接口至所述第三光纤通用接口，所述第二激光信号为所述光遗传光源控制器控制所述第二光遗传操控光源发出的激光信号；

所述第三光路依次包括位于所述第三光纤通用接口和所述光电倍增管之间的所述耦合透镜、所述红外滤光片、所述第二二向色镜、第三滤光片以及第三透镜；其中所述第三光路，用于传导所述荧光收集装置收集到的双光子荧光信号从所述第三光纤通用接口至所述光电倍增管。

第二方面，本实用新型实施例提供的一种微型双光子显微镜，该微型双光子显微镜包括：

微型双光子显微镜探头、扫描控制器、飞秒脉冲激光器、光纤耦合模块以及本实用新型实施例第一方面提供的荧光收集装置，所述荧光收集装置和所述光纤耦合模块均与所述微型双光子显微镜探头光纤通信连接，所述荧光收集装置和所述微型双光子显微镜探头均与所述扫描控制器电连接，其中：

所述飞秒脉冲激光器，用于输出第三激光信号至所述光纤耦合模块，其中，所述第三激光信号用于激发待测生命体脑部神经区域的荧光探针产生双光子荧光信号；

所述光纤耦合模块，用于耦合所述第三激光信号，并传输所述第三激光信号至所述微型双光子显微镜探头；

所述微型双光子显微镜探头，用于接收所述荧光收集装置发送的所述第一激光信号和所述第二激光信号，并输出所述第一激光信号和所述第二激光信号至待测生命体脑部神经区域的光遗传蛋白，以及获取所述荧光探针激发后产生的所述双光子荧光信号，并输出所述双光子荧光信号至所述荧光收集装置，其中所述光遗传蛋白和所述荧光探针位于所述神经区域的同一位置；

所述荧光收集装置，用于输出所述第一激光信号和所述第二激光信号至所述微型双光子显微镜探头，以及接收所述微型双光子显微镜探头传输的所述双光子荧光信号；

所述扫描控制器，用于控制所述微型双光子显微镜探头对所述第三激光信号进行扫描，以及获取所述荧光收集装置中所述光电倍增管转换所述双光子荧光信号得到的电信号，其中所述电信号用于生成反映神经元活性的钙离子图像。

本实用新型实施例提供的荧光收集装置及微型双光子显微镜将两路光遗传操控光路和荧光收集光路进行集成化，通过对合适的滤光片和二向色镜选择，复用红外滤光片和耦合透镜，实现了不增加微型双光子显微探头的重量和体积，但能够同时进行光遗传操控和用于双光子神经元成像的荧光信号收集，且能够同时进行两路不同光遗传刺激的操控。最后通过给光遗传光源控制器输入不同的频率的信号，改变光遗传操控光源输出的激光序列，从而实现不同形式的光遗传学刺激，进而实现不同光遗传学刺激下荧光信号的同步收集。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的荧光收集装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜工作原理示意图；

图4为本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜系统示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在研究生命体脑部神经区域的神经元的活性状态时，一般采用单光纤对动物脑部神经元进行观察或通过对神经元进行荧光成像的方法来获取神经元的活性信息，例如利用传统的台式双光子显微镜或微型单光子显微镜对动物脑部神经元进行观察成像。

但是单光纤对动物脑部神经元进行观察只能直接获得观察结果，并不能精确的对单个神经元进行光遗传学操控，更不能对神经元进行成像；传统的台式双光子显微镜虽然可以神经元进行成像，但是由于传统的台式双光子显微镜体积很大，光遗传学光路集成在主镜体中，实验动物必须固定在显微物镜下或者在麻醉情况下放置显微物镜下，无法完成对自由运动的动物的脑部神经元进行观察成像和光遗传学操控，虽然可以把小鼠安装在跑步机上模拟自由运动，但是这种方法招到很多科学家的质疑，认为这种方式和动物真正的运动和行为是很不一样的，并不能得到准确的神经元的活性信息。微型单光子显微镜可以戴在小鼠头上，在小鼠自由运动的状况下，对小鼠脑部神经区域的神经元进行观察成像，但由于微型单光子显微镜的对比度很差，无法清晰的看到神经树突、轴突甚至神经元胞体，且由于体积限制，微型单光子显微镜中仅集成了用于荧光信号收集的荧光收集装置，无法同步完成光遗传操控和荧光信号收集。

为了准确获取小鼠自由运动下，脑部神经区域神经元的成像信息，基于不增加微型显微镜体积的情况下，同步完成光遗传操控和荧光信号收集，本实用新型实施例提供了一种荧光收集装置，图1为本实用新型实施例提供的荧光收集装置结构示意图，如图1所示，该荧光收集装置包括：

光遗传光源控制器191、第一光遗传操控光源192、第一光纤、第一光纤通用接口193、第二光遗传操控光源194、第二光纤、第二光纤通用接口195、第三光纤通用接口196、光电倍增管197以及在所述第一光纤通用接口193和所述第三光纤通用接口196之间的第一光路、在所述第二光纤通用接口195和所述第三光纤通用接口196之间的第二光路、在所述第三光纤通用接口196和光电倍增管197之间的第三光路，其中：

所述第一光路依次包括位于所述第一光纤通用接口193和所述第三光纤通用接口196之间的第一透镜10、第一滤光片11、第一二向色镜12、第二二向色镜15、红外滤光片16以及耦合透镜17；其中，所述第一光路，用于传导所述第一光纤传输的第一激光信号从所述第一光纤通用接口193至所述第三光纤通用接口196，所述第一激光信号为所述光遗传光源控制器191控制所述第一光遗传操控光源192发出的激光信号；

所述第二光路依次包括位于所述第二光纤通用接口195和所述第三光纤通用接口196之间的第二透镜13、第二滤光片14、所述第一二向色镜12、所述第二二向色镜15、红外滤光片16以及耦合透镜17；其中，所述第二光路，用于传导所述第二光纤传输的第二激光信号从所述第二光纤通用接口195至所述第三光纤通用接口196，所述第二激光信号为所述光遗传光源控制器191控制所述第二光遗传操控光源 194发出的激光信号；

所述第三光路依次包括位于所述第三光纤通用接口196和所述光电倍增管197之间的所述耦合透镜17、所述红外滤光片16、所述第二二向色镜15、第三滤光片18以及第三透镜19；其中所述第三光路，用于传导所述荧光收集装置收集到的双光子荧光信号从所述第三光纤通用接口196至所述光电倍增管197。

具体地，本实用新型实施例提供的荧光收集装置主要包括光遗传光源控制器191、第一光遗传操控光源192、第一光纤、第一光纤通用接口193、第二光遗传操控光源194、第二光纤、第二光纤通用接口195、第三光纤通用接口196、光电倍增管197以及在第一光纤通用接口193 和第三光纤通用接口196之间的第一光路、在第二光纤通用接口195 和第三光纤通用接口196之间的第二光路、在所述第三光纤通用接口 196和光电倍增管197之间的第三光路，其中光遗传光源控制器191 控制第一光遗传操控光源192输出第一激光信号，经第一光纤接入光纤通用接口，第一激光信号在光纤出口经过25mm的第一透镜10，变成准直光，准直光经过与第一光遗传操控光源192相同波长的窄带滤光片即第一滤光片11后至第一二向色镜12上，第一二向色镜12将入射的第一激光信号进行透射，再通过第二二向色镜15反射后，经红外滤波片和25mm的耦合透镜17后，进入柔软的收集光纤束，柔软光纤束连接至所需要的设备中；

同时光遗传光源控制器191控制第二光遗传操控光源194输出第二激光信号，经第二光纤接入光纤通用接口，第二激光信号在光纤出口经过25mm的第二透镜13，变成准直光，准直光经过与第二光遗传操控光源194相同波长的窄带滤光片即第二滤光片14后至第一二向色镜12上，第一二向色镜12将入射的第二激光信号进行反射，再通过第二二向色镜15反射后，经红外滤波片和15mm的耦合透镜1714后，进入柔软的收集光纤束，柔软光纤束连接至所需要的设备中，其中，第一激光信号和第二激光信号为不同波长的激光信号，例如第一激光信号的波长可以为488nm，第二激光信号的波长可以为590nm，第一二向色镜12可以选为透射488nm反射590nm的二向色镜，且第一光遗传操控光源192和第二光遗传操控光源194可同时分别发出第一激光信号和第二激光信号，第一激光信号和第二激光信号在经过第一二向色镜12后可实现光路重合，然后一起经第二二向色镜15反射后进入柔软的收集光纤束中；

荧光收集装置收集到的双光子荧光信号经耦合透镜17汇聚、红外滤光片16滤光、第二二向色镜15透射后经第三滤光片18滤光、第三透镜19汇聚，至光电倍增管197，即从第三光纤通用接口196输出至耦合透镜17变成准直光，通过红外滤光片16滤除多余的红外激光，再通过第二二向色镜15至第三滤光片18上，最后透过25mm的第三透镜19收集至光电倍增管197(PMT)上，经光电倍增管197将双光子荧光信号转换为电信号，用于生成反映神经元活性状态的钙离子图像。

本实用新型实施例提供的荧光收集装置将两路光遗传操控光路和荧光收集光路进行集成化，通过对合适的滤光片和二向色镜选择，复用红外滤光片和耦合透镜，实现了不增加微型双光子显微探头的重量和体积，但能够同时进行光遗传操控和用于双光子神经元成像的荧光信号收集，且能够同时进行两路不同光遗传刺激的操控，实现不同光遗传蛋白的同时激活，进而实现不同形式的光遗传学刺激，并实现不同光遗传学刺激下荧光信号的同步收集。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的荧光收集装置中的所述第一光遗传操控光源和所述第二光遗传操控光源均为发出单一波长激光信号的激光光源或用于调制不同频率激光信号的调谐激光器。即本实用新型实施例提供的荧光收集装置中的第一光遗传操控光源和所述第二光遗传操控光源均可以为多种发出单一波长激光信号的激光光源，也可以为调制不同频率激光信号的调谐激光器，其中，根据实验需要，基于第一光纤通用接口和第二光纤通用接口，可以更换输出单一波长激光信号的光遗传操控光源或通过调谐激光器输出需要特定频率的激光信号。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的荧光收集装置中的第一滤光片和第二滤光片均为窄带滤光片。即第一滤光片和第二滤光片根据滤光需要选择为相应的窄带滤光片，第一滤光片可以选择为488±30nm的滤光片，第二滤光片可以选择为590±30nm的带通滤光片。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的荧光收集装置中的第一二向色镜的俯仰角度和平移位置均可调节。即根据需要，可以调节第一二向色镜的俯仰角度和平移位置，使得第一激光信号和第二激光信号实现光路重合，同时入射到第二二向色镜。。同时本实用新型实施例提供的荧光收集装置中的第二二向色镜可根据光遗传操控激光波长和荧光波长，选择反射第一激光信号和第二激光信号，透射双光子荧光信号的二向色镜。这样就可以保证光遗传操控的激光信号通过第二二向色镜反射至柔软收集光纤，同样，收集的双光子荧光也可以透过第二二向色镜传输至光电倍增管，其中上述第二二向色镜可选择为反射450nm-605nm，透射605nm-680nm的二向色镜。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的荧光收集装置中的红外滤光片的透射波段为340nm-720nm。即本实用新型实施例提供的荧光收集装置中的第一激光信号和第二激光信号经红外滤光片透射后，通过耦合透镜进行汇聚；荧光收集装置收集的双光子荧光信号经红外滤光片后滤除掉其中的干扰激光信号，一般该干扰激光信号的波长大于第一激光信号和第二激光信号。因此，该红外滤光片可以选择透射波长大于第一激光信号和第二激光信号小于干扰激光信号的红外滤光片即一般第一激光信号的波长小于720nm，干扰激光信号的波长大于720nm。

本实用新型实施例还提供了一种微型双光子显微镜，图2为本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜工作原理示意图，如图2所示，该微型双光子显微镜包括：

微型双光子显微镜探头23、扫描控制器25、飞秒脉冲激光器21、光纤耦合模块22以及上述各实施例提供的荧光收集装置24，荧光收集装置24和光纤耦合模块22均与微型双光子显微镜探头23光纤通信连接，荧光收集装置24和微型双光子显微镜探头23均与扫描控制器25 电连接，其中：

飞秒脉冲激光器21，用于输出第三激光信号至光纤耦合模块22，其中，第三激光信号用于激发待测生命体脑部神经区域的荧光探针产生双光子荧光信号；

光纤耦合模块22，用于耦合第三激光信号，并传输第三激光信号至微型双光子显微镜探头23；

微型双光子显微镜探头23，用于接收荧光收集装置24发送的第一激光信号和所述第二激光信号，并输出第一激光信号和所述第二激光信号至待测生命体脑部神经区域的光遗传蛋白，以及获取荧光探针激发后产生的双光子荧光信号，并输出双光子荧光信号至荧光收集装置 24，其中光遗传蛋白和荧光探针位于神经区域的同一位置；

荧光收集装置24，用于输出第一激光信号和所述第二激光信号至微型双光子显微镜探头23，以及接收微型双光子显微镜探头23传输的双光子荧光信号；

扫描控制器25，用于控制微型双光子显微镜探头23对第三激光信号进行扫描，以及获取荧光收集装置24中光电倍增管转换双光子荧光信号得到的电信号，其中电信号用于生成反映神经元活性的钙离子图像。

具体地，本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜包括微型双光子显微镜探头23、扫描控制器25、飞秒脉冲激光器21、光纤耦合模块22以及荧光收集装置24，其中，扫描控制器25可通过电缆与微型双光子显微镜探头23电连接，荧光收集装置24中的光遗传光源控制器调控第一光遗传操控光源和第二光遗传操控光源分别输出特定频率的第一激光信号和第二激光信号，用于激活待测生命体脑部神经区域的光遗传蛋白，该光遗传蛋白引发神经元的膜电位发生改变，引诱神经元进入兴奋或抑制状态；飞秒脉冲激光器21输出用于激发神经元上的荧光探针的第三激光信号，扫描控制器25控制微型双光子显微镜探头23对第三激光信号进行扫描并激发荧光探针产生双光子荧光信号，该双光子荧光信号被荧光收集装置24收集后，经光电倍增管转换为电信号，用于生成反映神经元活性状态的钙离子图像，其中，光遗传蛋白和荧光探针位于神经区域的同一位置，如此，在同一区域、同时刺激不同的光遗传蛋白，并与记录生命体脑部不同神经元的动态变化，既能得到高分辨率、高信噪比的稳定图像，同时能对特定不同神经元进行光遗传学操控，进而，实现调控不同神经元其兴奋或抑制状态下，准确获取反映其活性状态的钙离子图像，用于不同神经元活性的对比分析。

本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜采用荧光收集装置，在不增加微型双光子显微探头的重量和体积的情况下，实现在同一区域、同时刺激不同的光遗传蛋白，并与记录生命体脑部不同神经元的动态变化，既能得到高分辨率、高信噪比的稳定图像，同时能对特定不同神经元进行光遗传学操控，进而，实现调控不同神经元其兴奋或抑制状态下，准确获取反映其活性状态的钙离子图像，用于不同神经元活性的对比分析，且具有足够高的分辨率和成像对比度，能在自由运动的小鼠头上清晰的看到神经树突、轴突和神经元胞体，且同步完成光遗传操控和荧光信号收集。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜，还包括复用光纤，其中：

复用光纤，用于在微型双光子显微镜探头和荧光收集装置之间传输所述第一激光信号、所述第二激光信号和所述双光子荧光信号。即本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜还包括微型双光子显微镜探头和荧光收集装置之间的复用光纤，通过该复用光纤实现微型双光子显微镜探头和荧光收集装置之间第一激光信号、第二激光信号和双光子荧光信号的双向传输，传导第一激光信号和第二激光信号，对不同的光遗传蛋白进行激活，进而在使用一根光纤的情况下，实现微型双光子显微镜探头和荧光收集装置之间的信号传输，节省了微型双光子显微镜制作成本和重量。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜，还包括控制器通用控制接口，控制器通用控制接口设置在光遗传光源控制器上，其中：

扫描控制器通过控制器通用控制接口控制光遗传光源控制器输出频率调制后的第一激光信号和所述第二激光信号。即本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜还包括控制器通用控制接口，扫描控制器通过控制器通用控制接口控制光遗传光源控制器输出频率调制后的第一激光信号和所述第二激光信号。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜中的飞秒脉冲激光器具体为920nm飞秒脉冲激光器或1030nm 飞秒脉冲激光器。即本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜中的飞秒脉冲激光器可以根据不同的荧光探针选择不同的飞秒脉冲激光器，其中包括920nm飞秒脉冲激光器和1030nm飞秒脉冲激光器，一般利用920nm的飞秒脉冲激光器激发钙成像指示剂Gcamp6，获得双光子荧光信号，红色荧光蛋白mCherry和绿色荧光蛋白GFP也可以用920nm 的飞秒激光激发，红色荧光蛋白RFP和红色荧光蛋白tdTomato使用 1030nm的飞秒脉冲激光器激发。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜中的扫描控制器，用于控制微型双光子显微镜探头对第三激光信号进行扫描具体为：

扫描控制器控制微型双光子显微镜探头中的微机电扫描振镜对第三激光信号进行扫描。即本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜中的扫描控制器在控制微型双光子显微镜探头对第三激光信号进行扫描，来激发荧光探针时，是控制微型双光子显微镜探头中的微机电扫描振镜对第三激光信号进行扫描，从而实现的荧光探针激发，产生双光子荧光信号。

图3为本实用新型实施例提供的微型双光子显微镜工作原理示意图，如图3所示，微型双光子显微镜工作原理为：

步骤30、扫描控制器调控荧光收集装置输出频率调制后的第一激光信号和第二激光信号；

步骤31、荧光收集装置输出上述第一激光信号和第二激光信号至微型双光子显微镜探头，用于激活不同的光遗传蛋白；

步骤32、飞秒脉冲激光器输出第三激光信号至光纤耦合模块；

步骤33、光纤耦合模块接收到的第三激光信号经光纤耦合模块耦合后，传输至微型双光子显微镜探头，用于激发荧光探针；

步骤34、扫描控制器控制微型双光子显微镜探头中的微机电扫描振镜对光纤耦合后的第三激光信号进行扫描并激发荧光探针产生双光子荧光信号；

步骤35、微型双光子显微镜探头传输获取的双光子荧光信号至荧光收集装置；

步骤36、扫描控制器获取荧光收集装置中光电倍增管转换双光子荧光信号得到的电信号；

步骤37、扫描控制器传输获得的电信号至计算机，生成用于反映神经元活性信息的钙离子图像。

其中，图4为本实用新型实施例提供的荧光收集装置与微型双光子显微镜探头连接示意图，如图4所示，微型双光子显微镜探头47与荧光收集装置通过复用光纤48相连接，其中，荧光收集装置集成有光遗传光源控制器40、第一光遗传操控光源41、第二光遗传操控光源42、第一透镜411、第一滤光片组43、第二滤光片组44、耦合透镜45和光电倍增管46，其中第一滤光片组43包括第一滤光、第二滤光片以及第一二向色镜，第二滤光片组44包括第二二向色镜、第三滤光片和红外滤光片。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种荧光收集装置，其特征在于，包括：

光遗传光源控制器、第一光遗传操控光源、第一光纤、第一光纤通用接口、第二光遗传操控光源、第二光纤、第二光纤通用接口、第三光纤通用接口、光电倍增管以及在所述第一光纤通用接口和所述第三光纤通用接口之间的第一光路、在所述第二光纤通用接口和所述第三光纤通用接口之间的第二光路、在所述第三光纤通用接口和光电倍增管之间的第三光路，其中：

所述第一光路依次包括位于所述第一光纤通用接口和所述第三光纤通用接口之间的第一透镜、第一滤光片、第一二向色镜、第二二向色镜、红外滤光片以及耦合透镜；其中，所述第一光路，用于传导所述第一光纤传输的第一激光信号从所述第一光纤通用接口至所述第三光纤通用接口，所述第一激光信号为所述光遗传光源控制器控制所述第一光遗传操控光源发出的激光信号；

所述第二光路依次包括位于所述第二光纤通用接口和所述第三光纤通用接口之间的第二透镜、第二滤光片、所述第一二向色镜、所述第二二向色镜、红外滤光片以及耦合透镜；其中，所述第二光路，用于传导所述第二光纤传输的第二激光信号从所述第二光纤通用接口至所述第三光纤通用接口，所述第二激光信号为所述光遗传光源控制器控制所述第二光遗传操控光源发出的激光信号；

所述第三光路依次包括位于所述第三光纤通用接口和所述光电倍增管之间的所述耦合透镜、所述红外滤光片、所述第二二向色镜、第三滤光片以及第三透镜；其中所述第三光路，用于传导所述荧光收集装置收集到的双光子荧光信号从所述第三光纤通用接口至所述光电倍增管。

2.根据权利要求1所述的荧光收集装置，其特征在于，所述第一光遗传操控光源和所述第二光遗传操控光源均为发出单一波长激光信号的激光光源或用于调制不同频率激光信号的调谐激光器。

3.根据权利要求1所述的荧光收集装置，其特征在于，所述第一滤光片和所述第二滤光片均为窄带滤光片。

4.根据权利要求1所述的荧光收集装置，其特征在于，所述第一二向色镜的俯仰角度和平移位置均可调节。

5.根据权利要求1所述的荧光收集装置，其特征在于，所述红外滤光片的透射波段为340nm-720nm。

6.一种微型双光子显微镜，其特征在于，包括：

微型双光子显微镜探头、扫描控制器、飞秒脉冲激光器、光纤耦合模块以及权利要求1-5任一项所述的荧光收集装置，所述荧光收集装置和所述光纤耦合模块均与所述微型双光子显微镜探头光纤通信连接，所述荧光收集装置和所述微型双光子显微镜探头均与所述扫描控制器电连接，其中：

所述飞秒脉冲激光器，用于输出第三激光信号至所述光纤耦合模块，其中，所述第三激光信号用于激发待测生命体脑部神经区域的荧光探针产生双光子荧光信号；

所述光纤耦合模块，用于耦合所述第三激光信号，并传输所述第三激光信号至所述微型双光子显微镜探头；

所述微型双光子显微镜探头，用于接收所述荧光收集装置发送的所述第一激光信号和所述第二激光信号，并输出所述第一激光信号和所述第二激光信号至待测生命体脑部神经区域的光遗传蛋白，以及获取所述荧光探针激发后产生的所述双光子荧光信号，并输出所述双光子荧光信号至所述荧光收集装置，其中所述光遗传蛋白和所述荧光探针位于所述神经区域的同一位置；

所述荧光收集装置，用于输出所述第一激光信号和所述第二激光信号至所述微型双光子显微镜探头，以及接收所述微型双光子显微镜探头传输的所述双光子荧光信号；

所述扫描控制器，用于控制所述微型双光子显微镜探头对所述第三激光信号进行扫描，以及获取所述荧光收集装置中所述光电倍增管转换所述双光子荧光信号得到的电信号，其中所述电信号用于生成反映神经元活性的钙离子图像。

7.根据权利要求6所述的微型双光子显微镜，其特征在于，还包括复用光纤，其中：

所述复用光纤，用于在所述微型双光子显微镜探头和所述荧光收集装置之间传输所述第一激光信号、所述第二激光信号和所述双光子荧光信号。

8.根据权利要求6所述的微型双光子显微镜，其特征在于，还包括控制器通用控制接口，所述控制器通用控制接口设置在所述光遗传光源控制器上，其中：

所述扫描控制器通过所述控制器通用控制接口控制所述光遗传光源控制器输出频率调制后的所述第一激光信号和所述第二激光信号。

9.根据权利要求6所述的微型双光子显微镜，其特征在于，所述飞秒脉冲激光器具体为920nm飞秒脉冲激光器或1030nm飞秒脉冲激光器。

10.根据权利要求6所述的微型双光子显微镜，其特征在于，所述扫描控制器，用于控制所述微型双光子显微镜探头对所述第三激光信号进行扫描具体为：

所述扫描控制器控制所述微型双光子显微镜探头中的微机电扫描振镜对所述第三激光信号进行扫描。