CN214073262U - 一种带光遗传功能的光纤记录系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带光遗传功能的光纤记录系统，包括信号调制装置、锁相放大器、光源光路、荧光探测光路，其中光源光路为耦合光纤束，包括荧光激发光或光遗传刺激光。信号调制装置与荧光激发光的发光单元相连，用于将荧光激发光调制到与光遗传刺激光不同的频率；光遗传刺激光和荧光激发光耦合后进入光纤，荧光探测光路用于反射荧光激发光和光遗传刺激光同时穿透待测物的荧光信号；锁相放大器与荧光探测光路相连，用于将荧光信号解调输出。本实用新型通过信号调制装置将光纤记录系统的信号频率调制到与光遗传系统的不同频段，从而消除光遗传系统光源的干扰，实现光遗传和光纤记录系统的同时使用。

Description

一种带光遗传功能的光纤记录系统

技术领域

本实用新型涉及光纤记录技术领域，尤其涉及一种带光遗传功能的光纤记录系统。

背景技术

神经元活动信号的检测是神经科学研究的基础，电生理记录等常规手段存在技术难度大、通量低、不具特异性和缺少空间分辨率等诸多问题。光学神经探针如钙敏感荧光探针、神经递质敏感探针、电压敏感探针的发展使得光学成像技术应用于神经活动的检测和记录成为了可能，并且很好的弥补了传统技术的缺陷，是对现代神经科学研究检测技术的重要补充。

光遗传学是研究人员使用一种新的光控方法选择并打开了某种生物的一类细胞，可帮助科学家研究某类神经元的特殊功能。光遗传通常需要某一波长的光达到特定的光密度才能打开某一离子通道。这两种技术通常需要结合使用，如先采用高亮度的激光器进行光遗传学实验，然后采用光纤记录系统检测神经的活动。

目前，大部分仪器光遗传系统和光纤记录系统是相互独立的，无法满足科研人员对神经元活动同时刺激和荧光成像记录的需求，因此带光遗传功能的光纤记录系统在科研市场有着广泛的需求。而现有的带光遗传功能的光纤记录系统因为两种系统光源的强度差异较大，光遗传系统的光源功率为毫瓦量级，光纤记录系统的光源强度为微瓦量级，光纤记录系统记录到的信号会受到光遗传系统的干扰，系统功能受到用户诟病。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带光遗传功能的光纤记录系统，通过信号调制装置将光纤记录系统的信号频率调制到与光遗传系统的不同频段，从而消除光遗传系统光源的干扰，实现光遗传和光纤记录系统的同时使用。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种带光遗传功能的光纤记录系统，包括信号调制装置、锁相放大器、光源光路、荧光探测光路；所述光源光路为耦合光纤束，包括荧光激发光或光遗传刺激光的发光单元；所述信号调制装置与荧光激发光的发光单元相连，用于将荧光激发光调制到与光遗传刺激光不同的频率；所述光遗传刺激光和荧光激发光耦合后经光纤连接荧光探测光路的输入端，荧光探测光路用于反射荧光激发光和光遗传刺激光同时检测穿透待测物激发的荧光信号；所述荧光探测光路的输出端与锁相放大器相连，用于将荧光信号解调输出。

进一步地，所述荧光探测光路包括二向色镜和光电倍增管，所述二向色镜为多截止波长二向色镜，用于反射光源光路的荧光激发光和光遗传刺激光，同时透过待测物激发出的荧光信号返回至光电倍增管。

进一步地，所述光源光路包括多个荧光激发光的发光单元，可发出多个荧光激发光波长。

进一步地，所述二向色镜的数量与荧光激发光的种类相匹配，每相邻两个二向色镜呈90°排布或平行排布。

进一步地，所述光纤与二向色镜输入面之间以及二向色镜输出面与光电倍增管之间均设有滤光片，用于滤除光源光路中的噪音。

进一步地，所述光遗传刺激光发光强度的峰值波动小于3％。

与现有技术相比，本实用新型的带光遗传功能的光纤记录系统具有如下有益效果：

通过信号调制装置将光遗传刺激光和荧光激发光调制到不同的频率上，使得光遗传的刺激光和光纤记录系统的荧光激发光在荧光探测光路中互不影响，再通过锁相放大器对特定频率的荧光信号解调输出，从而在探测端排除光遗传刺激光对光纤记录系统的影响；

通过多路信号调节装置和多通道的锁相放大器可同时实现光遗传刺激和多种荧光信号的记录。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例。其中：

图1是本实用新型实施例一种带光遗传功能的光纤记录系统的结构示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例一种带光遗传功能的光纤记录系统的结构示意图，包括信号调制装置、光源光路、荧光探测光路和锁相放大器。

其中，光源光路为耦合光纤束，包括荧光激发光或光遗传刺激光的发光单元，且荧光激发光的发光单元为多个，可发出多个荧光激发光波长。信号调制装置与荧光激发光的发光单元相连，用于将荧光激发光调制到与光遗传刺激光不同的频率。光遗传刺激光和荧光激发光耦合后进入光纤，光纤连接荧光探测光路，荧光探测光路用于反射荧光激发光和光遗传刺激光同时穿透待测物的荧光信号；荧光探测光路的输出端与锁相放大器相连，锁相放大器用于将荧光信号解调输出，可通过计算机进行记录。

光源光路包括多个荧光激发光的发光单元，可发出多个荧光激发光波长。信号调节装置和锁相放大器均为多通道结构，通过多路信号调节装置和多通道的锁相放大器可同时实现光遗传刺激和多种荧光信号的记录。

作为本实用新型的一实施例，荧光探测光路包括二向色镜和光电倍增管，其中二向色镜为多截止波长二向色镜，用于反射光源路径的荧光激发光和光遗传刺激光，同时透过待测物激发出的荧光信号返回至光电倍增管。二向色镜的数量与荧光激发光的种类相匹配，每相邻两个二向色镜呈90°排布或平行排布。光纤与二向色镜输入面之间以及二向色镜输出面与光电倍增管之间均设有滤光片，用于滤除光源光路中的噪音。

采用470nm和580nm的LED光源作为荧光激发光，通过光纤传输到小鼠特定脑区的两种颜色激发光将分别激发这个脑区中被标记的绿色荧光蛋白(如GCaMP6)和红色荧光蛋白(如mCherry或RGECO)，激发产生的绿色荧光和红色荧光被同一根多模光纤收集，在探测端分别被两个光电倍增管转化为电信号，用以反映不同的神经活动信息。

多个二向色镜用于组成空间探测光路将不同波长的荧光激发光耦合至同一根光纤，同时将激发产生的荧光通过探测光路分光至不同的光电倍增管。

如图1所示，选用两个二向色镜，分别为第一二向色镜和第二二向色镜。光纤接入第一二向色镜，其功能是将470nm和580nm的荧光激发光反射至小鼠脑内，通过光纤传输至特定脑区，该脑区的荧光信号原路返回至光路中，第一二向色镜可透过绿色荧光和红色荧光，这两种荧光传输至第二二向色镜处，第二二向色镜可反射绿色荧光同时透射红色荧光，两种荧光分别传输至不同的光电倍增管进行探测。

光遗传刺激光发光强度的峰值波动小于3％，光遗传刺激光和荧光激发光处于同一探测光路，光遗传刺激光波动的噪声也会被荧光探测光路记录到，为保证荧光探测光路的信噪比，必须保证光遗传刺激光的波动小于3％。

本实用新型的带光遗传功能的光纤记录系统，通过信号调制装置将光遗传刺激光和荧光激发光调制到不同的频率上，再通过锁相放大器对特定频率的荧光信号解调输出，从而在探测端排除光遗传刺激光对光纤记录系统的影响；通过多路信号调节装置和多通道的锁相放大器可同时实现光遗传刺激和多种荧光信号的记录。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种带光遗传功能的光纤记录系统，其特征在于，包括信号调制装置、锁相放大器、光源光路、荧光探测光路；所述光源光路为耦合光纤束，包括荧光激发光或光遗传刺激光的发光单元；所述信号调制装置与荧光激发光的发光单元相连，用于将荧光激发光调制到与光遗传刺激光不同的频率；所述光遗传刺激光和荧光激发光耦合后经光纤连接荧光探测光路的输入端，荧光探测光路用于反射荧光激发光和光遗传刺激光同时检测穿透待测物激发的荧光信号；所述荧光探测光路的输出端与锁相放大器相连，用于将荧光信号解调输出。

2.根据权利要求1所述的光纤记录系统，其特征在于，所述荧光探测光路包括二向色镜和光电倍增管，所述二向色镜为多截止波长二向色镜，用于反射光源光路的荧光激发光和光遗传刺激光，同时透过待测物激发出的荧光信号返回至光电倍增管。

3.根据权利要求1所述的光纤记录系统，其特征在于，所述光源光路包括多个荧光激发光的发光单元，可发出多个荧光激发光波长。

4.根据权利要求2所述的光纤记录系统，其特征在于，所述二向色镜的数量与荧光激发光的种类相匹配，每相邻两个二向色镜呈90°排布或平行排布。

5.根据权利要求4所述的光纤记录系统，其特征在于，所述光纤与二向色镜输入面之间以及二向色镜输出面与光电倍增管之间均设有滤光片，用于滤除光源光路中的噪音。

6.根据权利要求1至5任一所述的光纤记录系统，其特征在于，所述光遗传刺激光发光强度的峰值波动小于3％。

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