一种适配量子点生物成像的荧光内窥镜制备及应用

技术领域

本发明属于材料科学技术和生物成像领域，具体涉及一种适配量子点生物成像的内窥镜的制备及应用。

背景技术

随着分子影像学、疾病诊断学和疾病治疗的发展，可视化诊疗在当前的临床应用及科研活动中所占据的比重逐渐增加，因此基于荧光探针及其配套可视化检测仪器的研究及使用则显得尤为重要。利用荧光探针及配套的可视化检测仪器，研发人员或临床医生可以在肿瘤、心血管等慢重性的疾病诊疗过程中，实现病灶部位的可视化，为病灶的切除提供直观的感受；此外，多种荧光探针的联合使用，也更加便于疾病诊疗的一体化，如可先利用近红外光区的荧光探针，实现其在活体水平的病灶定位和实时检测；再使用可见光区的荧光探针，利用显微成像技术，对病理切片进行直接成像。

荧光探针包括了小分子荧光物质及纳米荧光物质，现阶段常见的小分子荧光物质在实际使用中已具备了相应的配套仪器，如配套使用的GFP、Cy5.5、PE、ICG等检测通道；但基于荧光纳米物质的配套的检测仪器则难以很好匹配。造成这种现象的原因有二，一是由于荧光纳米物质的多样性，不同的纳米粒子呈现了不同的激发及发射波长；二是纳米物质的可控性较差，同一种物质往往也具有差异，在荧光性质方面的表现则难以均一；这些均造成了检测仪器的制备困难。

量子点作为一种新型的荧光纳米材料，凭借着优异的理化性能(表面效应、量子尺寸效应等)、光学性能(荧光发射峰可调，全光谱激发和抗光漂白等)以及尺寸小、易于功能化修饰等特点已被广泛的认为是替代小分子荧光探针的下一代影像剂，目前正大量地应用于生物成像等研究领域；而作为量子点家族中的新成员，碳量子点凭借其毒性低、生物相容性好等特点，更是在药物递送、疾病诊断等领域备受追捧。然而，目前量子点成像领域所运用到的可视化仪器(特别是内窥镜)常是借助于小分子荧光探针的可视化仪器，造成了量子点光谱调控的繁琐性。因此，根据量子点的光谱特性，设计、制备与之相匹配的成像系统，对于量子点在临床及科研中的实际推广具有重大意义。

发明内容

鉴于现有技术的不足，为了解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种基于量子点荧光探针的可视化荧光内窥镜的制备及应用，该可视化荧光内窥镜可应用但不仅限于量子点的生物医药学成像领域。

除了特殊说明外，本发明中所述的探针均为量子点荧光探针。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种适配量子点生物成像的荧光内窥镜，其特征在于包括了光源、光学信号采集端、图像信号收集端、光纤传导、电源等五部分；所运用的量子点，其特征在于具有高的单分散性、良好的稳定性、水溶性和较高的荧光量子产率；其发射波长在400～900nm之间，具有明显的激发波长依赖性，既能在细胞内成像，又能在活体动物中成像。

进一步的，所述的荧光内窥镜的光源包括了激发光源和照明光源。其中激发光源为适配于量子点光谱的激发光(激发光的光谱范围为254nm—850nm)；照明光源为白色LED光源。此外，两光源之间可独立控制开关，互不影响；两种光源可同时发光，也可分先后顺序进行定位后再发射；利用光学信号采集端接收可见光源的反射光以及量子点的激发光；进一步通过图像信息收集端将采集端的信号以图片或视频的形式展现。

进一步的，所述的荧光内窥镜的光学信号采集端还包括了滤光片，该滤光片可阻挡量子点发射光以外的大部分光线进入相机的图像传感器，以通过物理阻挡的方式减少干扰光对成像结果的影响。

本发明所述的适配于量子点生物成像的荧光内窥镜的应用，其操作流程如下：

(1)制备并优化与待研究相匹配的量子点，制备及优化的过程包括了量子点光谱调控、表面化学基团调控等；进一步的通过静脉或病灶部位局部注射的方式，将量子点注入待成像的动物体内；

(2)通过微创手术的方式，将荧光内窥镜的信号采集端头(包括了光源、光学信号采集端、光纤传导等)伸入待测腔管内部；进一步的控制可见光源发光，通过图像信号收集端实时观察信号采集端的位置；待信号采集端头到达待成像部位后，控制可见光源关闭，并启动激发光源；进一步的通过量子点的荧光信号，确认病灶部位，并进行后续的手术或检测操作。

有益效果：

在生物体内部疾病(如肿瘤、心血管疾病等)的诊疗中，荧光成像技术能够利用荧光探针所发射荧光与机体自荧光的差异，有目的的对病灶部位进行显影；而荧光内窥镜即是能够实时捕捉差异荧光信号的适配仪器。现有的荧光内窥镜均是基于小分子荧光探针所制备的，其利用及选择受制于小分子荧光探针的光谱；此外，由于小分子荧光探针难以实现组织的特异性，使得荧光内窥镜的实际应用受限。

本发明所构建的荧光内窥镜相对于现有内窥镜，能够利用宽谱激发的量子点，不受限与荧光探针的光谱范围，实现多情景、多范围的腔道内壁成像应用(如先利用近红外光区的荧光探针，实现其在活体水平的病灶定位和实时检测；再使用可见光区的荧光探针，利用显微成像技术，对病理切片进行直接成像)。进一步的，本发明所构建的荧光内窥镜能够利用量子点的可修饰化的优势，可定制化的依据不同的科研、临床需求，构建相应的量子点荧光探针，真正能够实现量子点在不同层面的体内成像和检测领域的应用。

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地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明基于量子点荧光探针的可视化荧光内窥镜的手机端示意图；

图2为本发明基于量子点荧光探针的可视化荧光内窥镜的电脑端示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步具体的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，而不是要以此对本发明保护范围的限制。基于本发明中的实施例，本领域的技术熟练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，都属于本发明保护的范围；此外，其可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

本发明的具体实施方式进一步详细描述如下：

荧光内窥镜能够依据生物体组织固有荧光光谱特征自动识别、诊断，可实时反馈被测组织的病变。将特异性的荧光探针与适配的荧光内窥镜配套使用，可进一步利用荧光探针的组织特异性，靶向到具有特异受体的病变组织，并利用荧光探针的光谱与机体组织光谱的差异性，高灵敏的、高区分度的被荧光内窥镜检测到，进而帮助科研及医学工作人员进行诊断和鉴别。

量子点作为新一代的荧光探针，其能够广谱的接收宽光谱的激光激发，发射出满足活体成像的荧光，并能够有效的区分机体自荧光，实现病灶部位的高区分度成像。本实施例中应用到的为发明人实验室自制的碳量子点，其能在365nm以及700nm的激发光激发下，发射明显的蓝绿色及近红外荧光信号，能够对小型动物(小白鼠、大白鼠、新西兰兔等)进行活体成像。

本实施例即是根据碳量子点的光谱，利用荧光内窥镜的可见光源，对腔道内的病变部位进行大致定位；进一步通过荧光内窥镜的激发光源，通过发射与量子点匹配的激发光(λ

本发明以碳量子点作为荧光探针，通过光谱适配的荧光内窥镜使用，实现实时地、有差异地对生物体内腔待检测的病变组织进行成像。本发明所提供的荧光内窥镜制备及应用，能够高效的实现内腔病变部位的可视化，为科研及医疗行业提供助力。本发明所构建的荧光内窥镜相对于已上市的内窥镜，能够利用宽谱激发的量子点，不受限与荧光探针的光谱范围，实现多种场合的应用。此外，利用量子点的可修饰化特性，能够依据不同的需求，构建相应的量子点荧光探针，真正能够实现量子点不同层面的体内成像和检测领域。